Este circuito es una aplicacion muy similar a un termostato, cuanta con un sensor de temperatura y debe mantenerse en tal; si la temperatura aumenta mucho o baja demasiado, utilizando comparadores con histeresis de opamp's se enciente un ventilador o un foco para acondicionar la temperatura a la indicada como la temperatura temperatura a la que se debe mantener el sistema.

1. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA
CALIFORNIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ING. EN MECATRÓNICA
EXAMEN SEGUNDO PARCIAL
COMPARADORES CON HISTÉRESIS
ALUMNOS:
FLORES REYES GERMÁN ANTONIO 181449
GONZALEZ CASILLAS MARCOS 186705
MAESTRO:
CASTRO
M.C. ULISES CASTRO PEÑALOZA
5/11/2009

2. ÍNDICE
• OBJETIVOS……………………………………………………………………………………….1
• INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………….1
• MARCO TEÓRICO
o AMPLIFICADOR NO INVERSOR………………………………………………2
o COMPARADOR CON HISTERESIS NO INVERSOR………………….3
o COMPARADOR CON HISTERESIS INVERSOR………………………..4
• DESARROLLO……………………………………………………………………………………5
• CIRCUITOS SIMULADOS………………………………………………………………….8
o CIRCUITO SIMULADO A 40°C……………………………………………….8
o CIRCUITO SIMULADO A 20°C……………………………………………….9
o CIRCUITO SIMULADO A 30°C……………………………………………..10
• CONCLUSIONES…………………………………………………………………………….11
• BIBLIOGRAFIAS……………………………………………………………………………..12

3. OBJETIVOS
La finalidad de realizar el diseño del circuito es evaluar los
conocimientos obtenidos en clase y complementarlos con experiencia
que solo se obtiene mediante la práctica; incluyendo la capacidad de
diseñar un dispositivo de control lógico mediante amplificadores
operacionales y de corroborarlo en una aplicación real y útil tal como se
muestra a continuación.
Saber utilizar las configuraciones adecuadas para cada circunstancia de
tal manera que nuestras necesidades queden satisfechas.
INTRODUCCIÓ
INTRODUCCIÓN
En el presente documento se muestra un diseño funcional y óptimo de
un controlador de temperatura basado en amplificadores operacionales;
dicho sistema debe mantener una temperatura constante, de tal forma
que si esa temperatura el circuito reaccionará y disminuirá la
temperatura con la ayuda de un ventilador y en caso contrario la
temperatura se incrementará con el calor producido por un foco
conectado a 120 Vrms.
1

4. MARCO TEÓRICO
• AMPLIFICADOR NO INVERSOR
En un amplificador no Inversor, el voltaje de entrada tiene la misma
polaridad que el voltaje de salida. La resistencia de entrada en un
amplificador no inversor es extremadamente grande, por lo general
excede 100 M . Ya que para fines prácticos se tiene voltaje 0 entre las
terminales no inversora e inversora del opam, ambas tienen el mismo
potencial, por lo que el Voltaje de entrada aparece a través de Ri,
causando que la corriente Ii fluya como se muestra en la figura y está
dada por la ecuación:
Vi
Ii =
Ri
•
2

5. COMPARADOR DE VOLTAJE CON HISTERESIS NO INVERSOR
En este tipo de configuración la función principal es comparar dos
voltajes, el amplificador cuenta con sus umbrales definidos por el diseño
al cual se aplicará; el opamp se mantiene en saturación negativa
mientras el voltaje de entrada Vi sea menor al voltaje de umbral
superior, al ser igual o mayor se hace una transición y el opamp cambia
de saturación negativa a positiva y se queda así hasta que el voltaje de
entrada sea menor al voltaje de umbral inferior.
Donde:
n: es la proporcionalidad que existe entre la resistencia de
retroalimentación y la de Vi.
Vout Vin
Vref = +
• n +1 n +1
 1  Vsat
−
Vus = Vref 1 +  −
 n n
 1  Vsat
+
Vui = Vref 1 +  −
 n n
3

6. COMPARADOR DE VOLTAJE CON HISTERESIS INVERSOR
De modo contrario en esta configuración el opamp se mantiene en
saturación negativa mientras el voltaje de entrada Vi sea mayor al
voltaje de umbral superior, y al ser igual o menor al voltaje de umbral
inferior se hace una transición y el opamp cambia de saturación
negativa a positiva y se queda así hasta que el voltaje de entrada sea
mayor al voltaje de umbral superior.
Vref =
(n + 1)Vus − Vsat +
n
Vref * n Vsat +
Vus = +
n +1 n +1
Vref * n Vsat −
Vui = +
n +1 n +1
4

7. DESARROLLO
Se desea diseñar un circuito que controle una temperatura leída por un
sensor LM335 el cual da 10mV por cada grado centígrado.
• Si la temperatura leída por el sensor es mayor a 40°C se deberá
encender un ventilador el cual hará que la temperatura disminuya.
• El ventilador se apagará cuando la temperatura sea 30°C.
• Si la temperatura es 20°C se deberá encender un foco conectado
a la línea de 120Vrms.
• La lámpara deberá apagarse hasta que la temperatura leída por el
sensor sea de 30°C.
*Utilizar amplificadores operacionales LM741.
1. Para analizar la situación se propone que la salida del sensor se
amplifique 10 veces, de ésta forma será más fácil trabajar con los
valores de los voltajes. Por lo tanto:
Rf
∆= + 1 = 10
Ri
9 kΩ
∆= +1
1kΩ
∆ = 10
5

8. 2. El primer comparador es el del ventilador, en el cual tenemos los
siguientes datos:
Valores Reales Simulados Teniendo en cuenta que el voltaje
Vsat+ 10v 9.449v de referencia se puede calcular de
dos formas, se igualan ambas
Vsat- -10v -10.045v
ecuaciones para despejar n y saber
Vus 4v 4v su valor.
Vui 3v 3v
Vsat − Vsat +
Vus + Vui + Vsat + − Vsat −
n = n despejando n: n=
1+
1
1+
1 Vus − Vui
n n
Entonces: Vsat +
Vui +
10v − (−10v) Vref = n
n= 1
4v − 3v por lo tanto:
1+
n
n = 20
10v
3v +
Vref = 20v
Vsat + − Vsat − 1
Vh = 1+
n
20
10v − ( −10v )
Vh = Vref = 3.3333v
20
Vh = 1v
6

9. El segundo comparador es el del foco en el cual se utilizará un
comparador inversor.
Valores Reales Simulados Utilizando el mismo método se
Vsat+ 10v 9.440v obtiene la n:
Vsat- -10v -10.038v
Vsat + − Vsat −
Vus 3v 3v n= −1
Vui 2v 2v Vus − Vui
10v − (−10v)
n= −1
3v − 2v
n = 19
(n + 1)Vus − Vsat + Vsat + − Vsat −
Vref = Vh =
n n +1
(19 + 1)(3v) − 10v 10v − (−10v)
Vref = Vh =
19 19 + 1
Vref = 2.6315v Vh = 1
7

10. Circuito simulado con el ventilador activado
19 V6 V7 12
R6 10 11
V10 V1
15 V 9k 11.08 V 10.46 V 5V
R1
21 1k
4
U5 R2
V2
15 V R5
0 2 20k
1k 6
21
11
3 12
lm335 7 1 5
LM741EH 7 1 5 U1
0.4 V
19 3 Q1
6 7
0 2N2222A
2
LM741EH
V9 V3 4
Sensor 2.6315 V 3.333 V V4
+ - 10 12 V
8 K1
4.011 V R3 0 0
DC 10M Ω 1k X1
0 R4 K
Vout1
+ -
7 19k
5.848 V
8 EDR201A05 12 V
DC 10M Ω
Vout2 11
12
+ -
14 -10.038 V 7 1 5 U4
DC 10M Ω
3 Q2
6 14
2N2222A
2
LM741EH
4
V8
10 12 V
K2
X2
K
EDR201A05 12 V

11. Circuito simulado con el foco activado
19 V6 V7 12
R6 10 11
V10 V1
15 V 9k 11.08 V 10.46 V 5V
R1
21 1k
4
U5 R2
V2
15 V R5
0 2 20k
1k 6
21
11
3 12
lm335 7 1 5
LM741EH 7 1 5 U1
0.2 V
19 3 Q1
6 7
0 2N2222A
2
LM741EH
V9 V3 4
Sensor 2.6315 V 3.333 V V4
+ - 10 12 V
8 K1
2.011 V R3 0 0
DC 10M Ω 1k X1
0 R4 K
Vout1
+ -
7 19k
-10.042 V
8 EDR201A05 12 V
DC 10M Ω
Vout2 11
12
+ -
14 5.848 V 7 1 5 U4
DC 10M Ω
3 Q2
6 14
2N2222A
2
LM741EH
4
V8
10 12 V
K2
X2
K
EDR201A05 12 V

12. Circuito simulado en la temperatura media
19 V6 V7 12
R6 10 11
V10 V1
15 V 9k 11.08 V 10.46 V 5V
R1
21 1k
4
U5 R2
V2
15 V R5
0 2 20k
1k 6
21
11
3 12
lm335 7 1 5
LM741EH 7 1 5 U1
0.3 V
19 3 Q1
6 7
0 2N2222A
2
LM741EH
V9 V3 4
Sensor 2.6315 V 3.333 V V4
+ - 10 12 V
8 K1
3.011 V R3 0 0
DC 10M Ω 1k X1
0 R4 K
Vout1
+ -
7 19k
-10.039 V
8 EDR201A05 12 V
DC 10M Ω
Vout2 11
12
+ -
14 -10.038 V 7 1 5 U4
DC 10M Ω
3 Q2
6 14
2N2222A
2
LM741EH
4
V8
10 12 V
K2
X2
K
EDR201A05 12 V

13. CONCLUSIONES
El desarrollo de un examen practico fuerza el entendimiento de las
funciones del amplificador operacional incluyendo los errores no
contemplados en los cálculos y variaciones dadas en la realidad,
pequeños detalles que surgen conforme la marcha.
GONZÁLEZ CASILLAS MARCOS
Existen distintos detalles que surgen conforme el proyecto se va
desarrollando; errores que existen en la vida real sin embargo el
simulador por ser utilizar lógicas ideales, oculta ese tipo de errores que
en ocasiones son mínimos pero si suelen tener grandes resultados lo
que conlleva a numerosas fallas difíciles de detectar.
Existen una gran cantidad de configuraciones de lo opmaps que se les
podrían dar un sin fin de usos, y éste tipo de actividades son las que nos
abren la mente para poder aplicar los conocimientos a la vida diaria.
GERMÁN ANTONIO FLORES REYES
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14. BILBIOGRAFÍ
BILBIOGRAFÍAS
Introducción a los amplificadores operacionales con aplicaciones en
circuitos lineales
Robert Coughlin & Frederick Driscoll
Prentice Hall
http://148.231.82.20/~ulises/apuntes/apuntes.htm
http://www.fisio.buap.mx/online/Tesis/tesisam/-samtesis.htm
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