Diseño de integrador con switched capacitor

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LABORATORIO 02: DISEÑO ANALOGICO FPAA’s
DISEÑO DE INTEGRADOR CON SWITCHED CAPACITOR

JULIO CESAR CHALELA, OSCAR LEONARDO QUINTERO, MAURICIO VIDAL SOLANO
FACULTAD DE INGENIERIA, UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA
jchalela53@hotmail.com
mauriviso2@hotmail.com
oskrleonardoq@hotmail.com

1. RESUMEN

En esta práctica de laboratorio diseñamos una resistencia equivalente implementándola con laalternativa de conmutación entre unos swithes y un capacitor.

Adicionalmente, al haber comprobado la veracidad del diseño y su funcionamiento realizaremos el diseño de un circuito integrador de segundo orden sin utilizar resistencias normales, sino, utilizando la tecnología de switcheo de capacitores para hacer la equivalencia de las resistencias a utilizar.

El integrador va a tener unafrecuencia de corte de 1KHz. Por medio del programa de diseño y simulación PROTEUS analizaremos las graficas presentadas por el osciloscopio y su respuesta en frecuencia.


2. MARCO TEORICO

SWITCHED CAPACITOR

Switched Capacitor es un elemento de circuitos electrónicos utilizado para el procesamiento de señales discretas en el tiempo.

Su acción consiste en cargas en movimientodentro y fuera de los capacitores cuando los interruptores se abren y cierran. Por lo general, las señales que no deben estar en fase se utilizan para controlar los interruptores de modo que no todos los interruptores se cierren simultáneamente.

Los filtros implementados con estos elementos se denominan ‘switched-capacitor filters’. A diferencia de los filtros analógicos convencionales que sonconstruidos a partir de resistencias y condensadores (y en ocasiones inductores) cuyos valores se conocen con exactitud, este tipo de filtros de capacitores y switches dependen de las relaciones entre las capacitancias y la frecuencia de oscilación de los switches.

Por tal motivo, se hace mucho más conveniente su uso dentro de los circuitos integrados, donde el uso específico con precisión deresistencias y capacitores se hace muy costoso.

SWITCHED CAPACITOR RESISTOR

La tecnología de resistencias de capacitores conmutados es la técnica por la cual una resistencia equivalente puede ser implementada alternativamente con la conmutación de las entradas de un capacitor.

El circuito más simple de capacitores conmutados como resistencia, está hecho por un capacitor y dos switches que seconectan al capacitor con una frecuencia de conmutación muy alta cargando y descargando al capacitor varias veces por segundo.

Cada cambio entre un ciclo y otro de carga y descarga desde la entrada hasta la salida del capacitor esta dado por una frecuencia de conmutación denominada f.

3. DESARROLLO PRÁCTICO

a. RESISTENCIA CON SWITCHED CAPACITOR = 1KΩ

Lo que haremos esencontrar un periodo T de conmutación entre los switches y una capacitancia C para lograr que nuestro circuito se comporte como una resistencia de 1KΩ

Req1= T1C=1 kΩ
Asumimos:

C = 0.1uF

1 kΩ= T10.1x10-6

Hallamos el periodo de conmutación

T1= 1 kΩx0.1x10-6

T1=0.1 mS→F1=10 KHz

Una vez hallado la frecuencia de conmutación y teniendo el valor del capacitor, procedemos a realizar elmontaje en el programa PROTEUS:

Teniendo ya el diagrama del circuito, hacemos las pruebas y a continuación mostramos los resultados obtenidos de hacer el división de tensión entre la resistencia de 1KΩ y la resistencia equivalente de 1KΩ:

b. CIRCUITO INTEGRADOR CON fc = 1 KHz

Lo que hacemos es calcular las dos resistencias y capacitancia para un circuito integrador de segundo orden confrecuencia de corte Fc = 1Khz

Tenemos la siguiente ecuación que nos da la relación entre el voltaje de salida, el voltaje de entrada, le resistencia 1, la capacitancia y la frecuencia de corte.

Hallamos C de la siguiente ecuación:

Vout=Vin4 x R1 x C x f
Asumimos:

R1 = 1 KΩ
Vin = 1 V
Vout = 2 V

C=Vin4 x R1 x Vout x f

C=14 x 1x103 x 2 x 1x103

C=125 nF

Ahora hallamos R2...
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