Funciones integrales y diferenciales RC, disparos Schmitt. ¿Cómo funciona este circuito?

El circuito es un discriminador de frecuencia de pulso. Como ya se mencionó, ambas puertas son inversores.

Sea cual sea el sensor, su salida debe ser algún tipo de onda cuadrada o patrón de pulso. C1, R2 y la puerta izquierda convierten cada transición positiva en un pulso negativo de ancho constante.

RV y C2 convierten este flujo de pulsos de ancho constante en un nivel de CC que varía con los tiempos de apagado entre pulsos; cuanto más larga es la brecha entre los pulsos, más positiva es la tensión en C2.

La puerta derecha compara este voltaje con una referencia interna y genera un nivel de salida basado en el valor de su voltaje de entrada. A medida que los pulsos de entrada se acercan más y más, el voltaje de CC en C2 se reduce y disminuye. Cuando los impulsos están lo suficientemente cerca, el voltaje en C2 está por debajo del nivel de detección de la puerta derecha, y el voltaje de salida es alto.

Una aplicación para este tipo de circuito es un detector de fallas del ventilador. Muchos ventiladores tienen una salida de pulso de tacómetro opcional que es un transistor de colector abierto. Con este circuito, la salida es alta cuando el ventilador funciona a velocidad normal y baja cuando la velocidad del ventilador cae por debajo de algún valor de corte.

• R1 es una resistencia de pull-up. Normalmente, el lado izquierdo de C1 estará a 9 V.
• Cuando se activa el sensor, el C1 bajará.
• El lado derecho de C1 intentará volverse negativo, pero se sujetará a aproximadamente -0.7 V debido al diodo parásito interno de la puerta 4093.
• Cuando el sensor se abre, C1 será elevado por R1. Esto hará que la entrada del 4093 sea alta durante un tiempo dado por \ $ \ tau = R_2 C_1 \ $. Tenga en cuenta que el 4093 es una compuerta de inversión . El esquema debería mostrar esto.
• La salida del 4093 cargará C2 a una tasa dada por \ $ \ tau = R_V C_2 \ $. Cuando pase lo suficientemente alto, la segunda puerta cambiará.
• Cuando la primera puerta cambie de estado, la segunda puerta seguirá algún tiempo después.

El circuito no es muy bueno y creo que no dará un ancho de pulso de salida constante para los disparadores de entrada.

  

Tengo problemas para entender estos tiempos de recuperación / carga. ¿Por qué equiparáis esos tiempos a una constante de tiempo precisa de la red RC?

Las puertas están invirtiendo los disparos de Schmitt. Cuando se ingresa > 2/3 x Vcc (aprox. - ver la hoja de datos) la salida bajará. Cuando se ingresa < 1/3 Vcc la salida cambiará a alto. La constante de tiempo de RC es el tiempo que se tarda en obtener un 63% desde la tensión de arranque hasta la tensión final de "tiempo infinito". La constante de tiempo RC te dará una buena aproximación del tiempo.

  

El AFAI entiende cuándo se abre el sensor C1 se levantará mientras el sensor permanezca abierto. ¿Estoy malentendido?

Realmente no pude averiguar de qué manera está el sensor: normalmente abierto o cerrado. De ahí la vaguedad en mi respuesta. Comencé a leer el artículo de Instructables pero era demasiado largo. AnalogKid puede estar en lo cierto acerca de que el integrador permanezca más tiempo a medida que aumenta la frecuencia del pulso.

  

Entiendo las aproximaciones, lo que preguntaba, al menos para la primera puerta, era por qué tomaba la constante de tiempo en lugar de, pensaría, MIN (τ, T), donde T = el tiempo que el sensor permanece abierto ( asumiendo que es normalmente abierto).

No estoy seguro de entender tu confusión, pero una simulación podría ayudar.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. Simulación de CircuitLab del circuito. Las puertas CircuitLab cambian a 2 y 3 V y eso será lo suficientemente bueno para una simulación de disparo de Schmitt. Parece que no incluyen los diodos parásitos, por lo que estos se muestran externamente.

Figura2.Simulaciónconseñaldedisparode1Hz.Elpulsodesalidaesaltoduranteel10%deltiempo.

*Figura3.Simulaciónconseñaldedisparode5Hz.(Tengaencuentalaescaladetiempodiferente.)Elpulsodesalidaesaltoduranteel50%deltiempo.

NoheincluidounatrazadelasalidadeNOT1,perosilaagregaustedmismo,deberíaverquetieneunanchoconstante,independientedelafrecuenciadeentrada(hastaunpunto).Efectivamente,esundisparodedisparodeborde.

Debespoderjugarconlasimulacióntúmismo.Copiemicircuitoenunanuevapreguntaorespuestaypéguelo.Ejecuteunasimulacióndedominiodetiempoconlaconfiguraciónquesemuestraacontinuación(paraempezar).

Figura 4. Configuración del simulador.