El circuito presentado fue sugerido por Texas Instruments y proporciona una señal de salida de 10 mV por cada grado de diferencia entre las señales aplicados en las entradas. Existen muchas aplicaciones en electrónica industrial y de instrumentación y control a este circuito y será el lector emplear este bloque en un proyecto de acuerdo al objetivo deseado.
El proyecto se basa en el circuito integrado de Texas Instruments TL051 que consta de un amplificador operacional con transistor JFET de alta tensión en la entrada y transistores bipolares en otros pasos.
Una de las características importantes de este circuito integrado hacemos hincapié en que el proceso de fabricación utilizado permite que bajas tensiones de offset se logran debido a la presencia de un zener "on-chip” que puede ser ajustado y también debido a la variación de tensiones offset compensadas con el tiempo.
Los dispositivos con el sufijo C funcionan en el rango de temperatura de 0 a 70 grados centígrados, mientras que aquellos con sufijo I funcionamiento - 40 a + 85°C. Para el sufijo M, que corresponden a la banda militar, la operación temperaturas rango de-55 a + 125°C.
Otras características importantes de TL051 son los siguientes:
* Máximo offset: 800 ?V
* Alta tasa de crecimiento: 19,8 V/?s (tip a 25°C)
* Distorsión armónica total: 0.002% para Rl= 2 k ohmios
* Baja tensión de ruido: 18 nV/Hz a 1 kHz
* Baja corriente de polarización: 30 pA (tip)
En la figura 1 tenemos las conexiones del circuito integrado TL051.
EL CIRCUITO
En la figura 2 tenemos el diagrama de medidor de fase completo sugerido por Texas Instruments en el Datasheet del TL051.
Como se explica en la introducción, la tensión de salida será de 10 mV por cada grado de desfase de las señales aplicadas en Va y Vb.
Las frecuencias de entrada de Va y Vb deben ser iguales.
Los amplificadores operacionales U1a y U1b trabajan como comparadores convirtiendo señales sinusoidales en salidas cuadras +/-5 V de amplitud.
El divisor de voltaje formado por resistores de 100 k proporcionan valores lógicos para el disparo de los flip-flops que coinciden con los circuitos integrados U2a y U2b.
U2 consiste en un doble flip-flop del tipo J-K 74 (HC109) y que tiene como objetivo generar una señal cuya frecuencia es la mitad la frecuencia de las señales de entrada.
En este circuito, la duración del pulso generado por U2a va desde cero a la mitad el período de la señal de entrada, donde cero corresponde a un retraso de fase nula entre Va y Vb y la mitad del período corresponde a un intervalo entre Vb y Va de 360 grados.
Los pulsos de salida de U2a hacen la llave lógica U3 (4066) interruptor conmute U4 (TL051), que se configura como un integrador. La constante de integración está determinada básicamente por los capacitores C1 y C2.
Cuando la salida de U2a acerca a una forma de onda cuadrada, U4 es una salida de aprox. 2,5 V.
El circuito integrado U5 (TL051) funciona como un amplificador no inversor con ganancia de 1.44 veces, con el fin de obtener una escala de 0 a 3,6 V para los rangos de 0 a 360 grados de desfasaje.
Los resistores R8 y R10 determinan el ajuste de ganancia de salida y nulo respectivamente. El circuito mostrado puede funcionar en el rango de frecuencias de 100 Hz a 100 kHz.
APLICACIONES
Un instrumento que puede diseñar fácilmente de este bloque se muestra en la figura 3.
Las señales del Medidor de fase se aplican a un indicador digital de voltaje de 3 dígitos, configurado para funcionar en una escala de 0 a 3.6 V.
De esta manera, es posible medir ángulos de desfase de señales sinusoidales de la red eléctrica (u otra fuente hasta 10 kHz) con una resolución de 1 grado. Con un mostrador de 4 dígitos podemos ir más allá y tener una precisión de 0,1 grados.
MONTAJE
Como se trata de bloque constructivo debe ser parte de un proyecto específico, la placa del circuito impreso debe establecerse de acuerdo con este proyecto.
Sin embargo, para iniciar el circuito puede montarse fácilmente en una matriz de contactos, mientras que las pruebas no son críticas.