TITULO: Amplificadores Operacionales CARRERA: Ingeniera en Electrnica y ComunicacionesAREA ACADEMICA: Fsica y ElectrnicaLINEA DE INVESTIGACION: Sistemas Electrnicos.

I. Introduccin.

El amplificador operacional se deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas caractersticas de operacin estaban determinadas por los elementos de realimentacin utilizados. Cambiando los tipos y disposicin de los elementos de realimentacin, podan implementarse diferentes operaciones analgicas; en gran medida, las caractersticas globales del circuito estaban determinadas slo por estos elementos de realimentacin, de esta forma el mismo amplificador ser capaz de realizar diversas operaciones.

II. Objetivos

Objetivo General:

Verificar el funcionamiento de los amplificadores operacionales en sus diferentes configuraciones con el fin de poder realizar aplicaciones con estos dispositivos.

Objetivos especficos: Comprobar los resultados obtenidos tanto como en la simulacin y terica con los resultados obtenidos de la prctica. Conocer y comprender las condiciones de alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida de los OP-AMP. Analizar y comprender el funcionamiento de los OP-AMP segn su configuracin establecida.

III. ResumenEl desarrollo de esta prctica se pretende comprender el funcionamiento de los amplificadores operacionales segn sus caractersticas de realimentacin establecidas en los circuitos para establecer diversas operaciones, comprobando tanto como en la prctica y lo terico estableciendo relaciones entre la entrada y salida de los voltajes o seales, determinando los voltajes, corrientes, ganancia y ancho de banda de los circuitos establecidos segn sus especificaciones. IV. ABSTRACT The development of this practice is to understand the functioning of the operational amplifiers according to their characteristics established in feedback circuits for setting various operations, checking in practice as well as theory and establishing relationships between the input and output voltages or signals, determining voltages, currents, gain and bandwidth circuits set to your specifications.

V. Marco terico

Amplificador operacionalEl amplificador operacional es un dispositivo lineal de propsito general el cual tiene capacidad de manejo de seal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante; tiene adems lmites de seal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificacin tambin definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que equivalentes a 100dB. El A.O es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, lo cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo de tierra (o el punto de referencia que se considere). El nombre de Amplificador Operacional proviene de una de las utilidades bsicas de este, como lo son realizar operaciones matemticas en computadores analgicos (caractersticas operativas).El Amplificador Operacional ideal se caracteriza por:1. Resistencia de entrada, (Ren), tiende a infinito.2. Resistencia de salida, (Ro), tiende a cero.3. Ganancia de tensin de lazo abierto, (A), tiende a infinito.4. Ancho de banda (BW) tiende a infinito.5. vo = 0 cuando v+ = v- Ya que la resistencia de entrada, Ren, es infinita, la corriente en cada entrada, inversora y no inversora, es cero. Voltaje de offsetEn un amplificador operacional ideal, cuando el voltaje de entrada es cero, la salida de este tambin es cero, cosa que no es cierta en la prctica, se dice que el voltaje de offset o voltaje de desvo esta alrededor de los 20 a 26 mV. As pues, es un voltaje presente en la salida del amplificador aun cuando los voltajes de las dos entradas sean cero. Este efecto es causado por el ruido que el amplificador operacional amplifica y lo presenta a la salida del mismo. Este voltaje lo especifica el fabricante y se puede determinar, ya que el producto de el voltaje de desvo con la ganancia establecida ser mostrado en la salida, tambin lo puede generar aquellas variaciones de polarizacin del OP-AM.El amplificador 741 posee dos pines disponibles para realizar esto internamente estn conectados a las entradas del amplificador diferencial. Debido a que los cambios de temperatura hacen cambiar el offset, se hace necesario estar calibrando este valor constantemente, lo cual es una desventaja, ya que es un proceso montono y muy variable.Corriente de Entrada Offset del OP-AMUna de las limitaciones prcticas del OP-AM es que las corrientes de polarizacin de las dos entradas pueden ser ligeramente diferentes. A pesar de que las entradas estn diseadas para ser simtricas, ligeras diferencias que se producen en el proceso de fabricacin, pueden dar lugar a corrientes de polarizacin ligeramente diferentes. Esta diferencia de corriente (offset), normalmente es del orden de una dcima parte de la corriente de polarizacin de entrada. En el caso del 741 suele ser 10 nA. Incluso con fuentes de impedancias idnticas, esta corriente de offset producir una ligera tensin entre los terminales de entrada, en contra de la regla de voltaje ideal. Impedancia de Entrada del OP-AMPUna de las limitaciones prcticas del OP-AMP, es que la impedancia de entrada es finita, aunque muy alta en comparacin con la de los amplificadores a transistor discretos. En el 741, la resistencia de entrada medida en uno de los terminales, con el otro puesto a tierra, es alrededor de 2 Megaohmios. En los dispositivos de entrada FET, es normalmente 1012 ohmios. En la prctica, esta impedancia finita no constituye normalmente un gran problema como las corrientes de polarizacin de entrada, puesto que el uso de la realimentacin negativa eleva an ms la impedancia de entrada efectiva. Slew Rate

Otro fenmeno que puede causar la distorsin no-lineal cuando seales grandes de salida estn presentes, es la limitacin del slew rate. El slew rate (SR) es la posible mxima razn de cambio del voltaje de salida del OP-AMP, y usualmente especificada en la hoja de datos del OP-AMP en V/ms.

El slew rate es causado por la carga y descarga del capacitancia interna (C1 en el 741). Es un parmetro que indica con cuanta rapidez vara el voltaje de salida respecto al tiempo. Por lo comn los valores varan de 0.5 V/ms a 50 V/ms.De todas las especificaciones que afectan la operacin de corriente alterna de un OP-AMP, la rapidez de respuesta (slew rate) es una de las ms importantes porque limita la magnitud del voltaje de salida de frecuencias altas.

Producto Ganancia - Ancho de Banda (GBP)

Es el producto de la ganancia en lazo abierto disponible y el ancho de banda a una frecuencia espec.ca. En gran parte de los AO (compensados internamente en frecuencia) cuya respuesta en frecuencia cae con una pendiente de 20 dB/dec, el GBP se considera constante. Este parmetro est ligado a la frecuencia a ganancia unidad (ft) y en algunos casos son la misma cosa. Cuando se trabaja a ganancia unitaria, el GBP es igual al ancho de banda.Relacin de rechazo de modo comnLa relacin de rechazo de modo comn de un amplificador diferencial es la tendencia del dispositivo para rechazar seales de la entrada comn a los dos cables de entrada. Un alto CMRR es importante en aplicaciones en las que la seal de inters est representado por una pequea fluctuacin de la tensin superpuesta sobre una tensin de offset, o cuando la informacin relevante se encuentra en la diferencia de tensin entre dos seales.Idealmente, un amplificador diferencial toma las tensiones, y en sus dos entradas y produce una tensin de salida, donde es la ganancia diferencial. A menudo es importante en la reduccin de ruido en las lneas de transmisin. Por ejemplo, cuando se mide la resistencia de un termopar en un ambiente ruidoso, el ruido del ambiente aparece como un desplazamiento en ambos conductores de entrada, por lo que es una seal de voltaje de modo comn. El CMRR del instrumento de medicin determina la atenuacin aplicada a la compensacin o el ruido.VI. Listado de equipos y materiales

Resistencias (100, 100K, 3.3K, 5.6K, 1M) IC 741 (Amplificador operacional) Potencimetro 1M Condensador 33nF Tablero Lgico Osciloscopio Multmetro Pinzas Cables

VII. Laboratorio

VOLTAJE OFFSETDatos para el experimento:Ganancia del amplificador: Voltaje offset de entrada: R1(K)R2(K)Vo(mV)Vio(mV)

100 K1000 K138.6413.864

CORRIENTE DE BIASDatos para el experimento:= 1.384kA = -1.24KA = 70mAR1(K)R2(K)Vo(mV)VA(mV)VB(mV)

1001000138.64138.42138.42

SLEW RATEDatos para el experimento:Slew rate =

Vi(t) Vo(t)

Vmax(v)Vmin(v)F(HZ)Vmax(V)Vmin(V)

-5,25V923,64mV1Hz5V0V

Slew Rate

VH(V)VL(V)t(us)SR(v/us)

4.57mV3,14v1s4.57mv

PRODUCTO GANANCIA DE ANCHO DE BANDA Datos para el experimentro:Producto ganancia ancho de banda : Donde: BW: Ancho de banda de ganancia unitaria Vi: Seal senoidal. R1(K)R2(K)AvBw(Hz)GBP

103,3k0,331Hz0,33

IMPEDANCIA DE ENTRADA Datos para el experimento:Impedancia de entrada: =1.01MCuando: =2.5v

273.6mv1.01M

RELACIN DE RECHAZO EN MODO COMUNDatos para el experimento: Ganancia diferencial: = 100Ganancia de modo comn: =2.57v/5V = 514mVRelacin de rechazo de modo comn: =45dB

273.6mv

R1(K)R2(K)AdVop(mV)CMRR(dB)

1001001002.5745dB

DIFERENCIADORDatos para el experimento: Voltaje de salida: Vi: Onda triangular

FfcVo teorico= 772,12mV Vo experimental = 674,32mV

VIII. Conclusiones y recomendaciones

Conclusiones:

El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propsito general el cual tiene capacidad de manejo de seales normales o definidas por fabricantes estas pueden ser manejadas por configuraciones bsicas de un AO o por medio de operaciones lgicas bsicas. En el AO se observ que cuando la seal ingresa por el pin negativo la seal de salida sale desfasada 180 y con ganancia negativa y si la seal ingresa por el pin positivo la seal a la salida est en fase y con una ganancia positiva En la aplicacin del offset la salida es tan pequeo que se puede ignorar. Cuando no se puede ignorar, un diseador puede reducirlo usando resistencias de base iguales, lo que elimina el problema de la corriente de polarizacin pero no la corriente de offset o la tensin de offset

Recomendaciones:

Utilizar los data sheets del fabricante para proceder a armar los circuitos de tal manera que se pueda distinguir cada uno de las entradas, y realizar la polarizacin correcta de los elementos. Es recomendable una adecuada limpieza de la zona donde se colocan los electrodos, permitiendo una buena adhesin de los mismos a la superficie corporal evitando as posibles artefactos, adems eliminando clulas muertas o partculas que puedan inferir en la captacin de la seal. Se recomienda para una buena medicin con paciencia, que el mismo se encuentre relajado y una adecuada respiracin, esto evita posibles distorsiones por ruido o interferencias de la seal.

Bibliografa:

[1] Jung, W.(1977) Ampli.cadores Operacionales Integrados. [2] Solomon, E.The Monolithic Op Amp: A TutorialStudy.IEEE Journal Solid State Circuits. [3] Caughlin, R., Driscoll, F. (1991) Operational Ampli.ers & Linear Integrated Circuits, Prentice-Hall