INFORME PRACTICA DE LABORATORIO: AMPLIFICADORES OPERACIONALES
GRUPO I GUSTAVO ALONSO MARTINEZ DIEGO ARMANDO MEJIA HAROLD IVAN PATERNINA
ING. EDGAR FERNANDO ARAQUE
DISEÑO, IMPLEMENTACION Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES FICHA: 574071
SENA CENTRO CIES INDUSTRIAL REGIONAL NORTE DE SANTANDER CUCUTA 2014
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Objetivo Mostrar mediante ejemplos típicos, algunas de las aplicaciones lineales del amplificador operacional.
Equipo Osciloscopio Multímetro Generador de onda Cables
Resistencias Am lifi lifica cado dorr 741 741 Fuente Dual de 12V
MARCO TEÓRICO Amplificador Inversor En la figura 1 se muestra un amplificador inversor con realimentación. Se desea despejar la tensión de salida , en términos de la tensión de entrada .
Figura 1
Amplificador inversor con realimentación 2
Objetivo Mostrar mediante ejemplos típicos, algunas de las aplicaciones lineales del amplificador operacional.
Equipo Osciloscopio Multímetro Generador de onda Cables
Resistencias Am lifi lifica cado dorr 741 741 Fuente Dual de 12V
MARCO TEÓRICO Amplificador Inversor En la figura 1 se muestra un amplificador inversor con realimentación. Se desea despejar la tensión de salida , en términos de la tensión de entrada .
Figura 1
Amplificador inversor con realimentación 2
a) La ecuación de nodos de Kirchhoff en Vp da: b) La ecuación de nodos de Kirchhoff en Vn da:
c) La ganancia de lazo abierto está dada por:
Despejando Vn del numeral a) tenemos:
Ahora reemplazamos el valor de la ganancia en lazo abierto A v dado por el numeral b) y obtenemos que la ganancia en lazo cerrado es:
Como se puede ver en la ecuación anterior la ganancia del amplificador en lazo cerrado A es mucho menor que en lazo abierto.
Note que la ganancia de lazo cerrado, Vo/Vi depende de la relación de las resistencias, Rf/Ra y es independiente de la ganancia de lazo abierto, Av. Este resultado deseable se debe a la utilización de realimentación de una porción de tensión de salida que se resta de la tensión de entrada. La realimentación de la entrada a través de Rf sirve para llevar la tensión diferencial Vi=Vp-Vn, a cero. Como la tensión de entrada no inversora, Vp es cero, la realimentación realimentación tiene el efecto efecto de llevar Vn a cero. Por lo tanto, tanto, en la entrada del amplificador operacional se tiene:
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Y existe existe una una tierra tierra virtual virtual en en Vn. El término término virtual significa que la tensión, Vn, es cero (potencial de tierra), pero no fluye ninguna corriente real en este cortocircuito, cortocircuito, ya que no puede fluir ninguna corriente en los terminales inversora o no inversora. Sin importa que tan complejo pueda ser el circuito con un amplificador operacional operacional ideal, siguiendo este procedimiento procedimiento se puede puede empezar a analizar y diseñar muy pronto con amplificadores operacionales. operacionales.
Amplificador no inversor El amplificador operacional se puede configurar para que produzca ya sea una salida invertida o no invertida. En la siguiente figura vemos un circuito no inversor, su análisis se hace de forma idéntica a la del circuito inversor.
Figura 2
Amplificadores operacionales en configuración no inversora.
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La ecuación de los nodos en la entrada inversora está dada por:
Para la entrada no inversora se tiene:
Teniendo presente que la ganancia el lazo abierto es muy grande, se concluye de estas dos ecuaciones que la salida del amplificador está dada por:
Amplificador diferencial El amplificador diferencial, tiene la siguiente configuración:
Como se tiene retroalimentación negativa tengo que:
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Si se cumple que
, se puede decir que:
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Sumador inversor. El amplificador inversor, tiene la siguiente configuración:
Como existe retroalimentación negativa, se tiene que:
Podemos tener una tensión de salida como combinación lineal de las tensiones de entrada. En el caso particular de que , quedando el valor de tensión de salida de:
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Sumador no inversor El sumador no inversor, tiene la siguiente configuración:
Por tener retroalimentación negativa, se tiene que:
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Como , entonces:
Eligiendo las resistencias de manera que, , se tiene que:
y que
Seguidor de tensión El seguidor de tensión, tiene la siguiente configuración:
Por retroalimentación negativa tengo que
,
tengo que
.
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Convertidor de tensión a corriente El convertidor de tensión a corriente, tiene la siguiente configuración:
Intentando que la con la tensión suministrada, calcule una corriente y se tiene que por retroalimentación negativa:
Y la intensidad de corriente se obtiene mediante la siguiente ecuación:
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Convertidor de corriente a tensión El convertidor de corriente a tensión, tiene la siguiente configuración:
Intentando que por la resistencia , con la corriente suministrada, se calcule un voltaje que sea independiente, teniendo que por retroalimentación negativa puedo decir que:
Circuito integrador El circuito integrador, tiene la siguiente configuración:
Como tengo una retroalimentación negativa, se puede decir que:
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Integrando la función, se tiene que:
Para obtener las condiciones iniciales, se puede establecer que, el interruptor está cerrado y en el instante t = 0 seg se abre.
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Circuito diferenciador El circuito diferenciador, tiene la siguiente configuración:
Como se tiene retroalimentación negativa se tiene que:
Quedando así, lo siguiente:
Comparador El comparador, tiene la siguiente configuración:
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En este caso no hay realimentación y habría que aplicar las condiciones siguientes: 1. Salida sólo dos valores (+Vcc, -Vcc). 2. . En cuanto V+ sea un poco mayor que V- la salida (Vo) será la máxima positiva y en cuanto V+ sea un poco menor que V- la salida (Vo) será la máxima negativa. De forma que la curva de transferencia del circuito sería:
Disparador (trigger) de Schmitt El disparador (trigger) de Schmitt tiene la siguiente configuración:
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Como es un caso de realimentación positiva deberemos aplicar las siguientes condiciones: 1. Salida sólo dos valores (+Vo y -Vo). 2. . Para la salida de +Vo ó –Vo,
Para calcular el valor de v1 hay que tener en cuenta que la corriente que sale del terminal No Inversor del operacional es nula.
Como Vo puede tomar dos valores, aparecen dos valores de comparación V1 y V2. Cuando la salida actual Vo sea +Vo el valor de comparación será:
Cuando la salida actual Vo sea -Vo el valor de comparación será:
Si
, tengo que;
En la figura 1 (verde) se representa la función de transferencia del circuito cuando la salida actual es +Vo. Por ser en estos momentos la salida la máxima positiva, en el terminal No Inversor del operacional tendremos la tensión V1 para comparar. En cuanto la entrada vi sea un poco mayor que V1, la salida que habrá en el momento siguiente basculará al valor máximo negativo (-Vo). Mientras la entrada vi sea un poco menor que V1, la salida permanecerá siendo la máxima positiva (+Vo).
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En la figura 2 (roja) se representa la función de transferencia del circuito cuando la salida actual es -Vo. Por ser en estos momentos la salida la máxima negativa, en el terminal No Inversor del operacional tendremos la tensión V2 para comparar. En cuanto la entrada vi sea un poco menor que V2, la salida que habrá en el momento siguiente basculará al valor máximo positivo (+Vo). Mientras la entrada vi sea un poco mayor que V2, la salida permanecerá siendo la máxima positiva (+Vo).
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La figura 3 sería una superposición de las dos curvas anteriores y se podría leer de la siguiente manera: Cuando la entrada vi sea mayor que V1, no hay duda de que la salida es la mínima negativa, independientemente del valor que tenga en esos momentos la salida. Ya que la entrada sería mayor tanto de V1 y como de V2. Cuando la entrada vi sea menor que V2, tampoco hay duda de que la salida actual será la máxima positiva, independientemente del valor que tenga en estos momentos la salida. Ya que la entrada sería menor tanto de V1 como de V2. Pero en el caso de que el valor de la entrada vi estuviera comprendida entre V1 y V2 el valor que tendría la salida en el momento siguiente dependería del valor de la salida en el momento actual. Si ahora la salida valiera la máxima positiva (+Vo), compararíamos con V1 y la salida siguiente valdría +Vo. Si por el contrario, la salida valiese la máxima negativa (-Vo) compararíamos con V2 y la salida siguiente valdría -Vo. Podríamos decir que, en ambos casos, la salida se mantiene. Este circuito permite distinguir cuando una señal de entrada tiene un determinado valor y está subiendo o está bajando, como queda representado en la figura siguiente:
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Supongamos que la señal de entrada parte de un valor inicial menor que V2 (por ejemplo, cero). En ese caso no hay duda de que la señal de salida pasará a valer +Vo independientemente del valor que haya en este momento en la salida. Por lo tanto el valor que hay en el terminal No Inversor del amplificador operacional será V1. Si la señal de entrada va creciendo, la salida no basculará al valor máximo negativo (-Vo) hasta que la señal de entrada no supere el valor de V1. En el caso de que partamos de una señal de entrada mayor que V1, tampoco habrá duda de que el valor de la salida será el máximo negativo (-Vo) independientemente de lo que valga en estos momentos la salida. Por lo tanto, el valor que hay en el terminal No inversor del amplificador operacional para comparar será V2. De forma que si la señal de entrada va disminuyendo de valor, hasta que no alcance un valor un poco menor que V2 la salida no basculará al valor máximo positivo (+Vo).
DESARROLLO Actividad Utilizando la técnica didáctica de la simulación resuelva los ejercicios de las diferentes configuraciones “Circuitos típicos con amplificadores operacionales”, En grupo deben simular las siguientes configuraciones y describir sus posibles aplicaciones: a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. k.
Amplificador de tensión Amplificador de tensión no inversor Amplificador diferencial Sumador inversor. Sumador no inversor Seguidor de tensión Convertidor de tensión a corriente Convertidor corriente tensión Circuito integrador Circuito diferenciador. Comparador 18
l.
Disparador (trigger) de Schmitt
Desarrollo experimental El laboratorio se desarrollará a través de experimentos individuales, utilizando en todos ellos el amplificador operacional 741.
Cálculos Matemáticos
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Simuladores 22
Amplificador Inversor
Amplificador no Inversor 23
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Amplificador Diferencial
Sumador Inversor 25
Sumador no Inversor 26
Seguidor de Tensión 27
Convertidor de Tensión Corriente 28
Convertidor de Corriente a Tensión 29
Circuito Integrador 30
Comparador 31
Disparador (Trigger) de Schmitt 32
Evidencias de los montajes en Protoboard 33
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