INFORMEPRACTICA DE LABORATORIO: AMPLIFICADORES OPERACIONALES

GRUPO IGUSTAVO ALONSO MARTINEZDIEGO ARMANDO MEJIAHAROLD IVAN PATERNINA

ING. EDGAR FERNANDO ARAQUE

DISEO, IMPLEMENTACION Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONESFICHA: 574071

SENACENTRO CIES INDUSTRIALREGIONAL NORTE DE SANTANDERCUCUTA2014

Objetivo

Mostrar mediante ejemplos tpicos, algunas de las aplicaciones lineales del amplificador operacional.

Equipo

Osciloscopio Resistencias

Multmetro Amplificador 741

Generador de onda Fuente Dual de 12V

Cables

MARCO TERICO

Amplificador Inversor

En la figura 1 se muestra un amplificador inversor con realimentacin. Se desea despejar la tensin de salida , en trminos de la tensin de entrada .

Figura 1 Amplificador inversor con realimentacin

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a) La ecuacin de nodos de Kirchhoff en Vp da:

b) La ecuacin de nodos de Kirchhoff en Vn da:

c) La ganancia de lazo abierto est dada por:

Despejando Vn del numeral a) tenemos:

Ahora reemplazamos el valor de la ganancia en lazo abierto Av dado por el numeral b) y obtenemos que la ganancia en lazo cerrado es:

Como se puede ver en la ecuacin 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 relacin de las resistencias, Rf/Ra y es independiente de la ganancia de lazo abierto, Av. Este resultado deseable se debe a la utilizacin de realimentacin de una porcin de tensin de salida que se resta de la tensin de entrada.

La realimentacin de la entrada a travs de Rf sirve para llevar la tensin diferencial Vi=Vp-Vn, a cero. Como la tensin de entrada no inversora, Vp es cero, la realimentacin tiene el efecto de llevar Vn a cero. Por lo tanto, en la entrada del amplificador operacional se tiene:

Y existe una tierra virtual en Vn. El trmino virtual significa que la tensin, Vn, es cero (potencial de tierra), pero no fluye ninguna corriente real en este 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 ideal, siguiendo este procedimiento se puede empezar a analizar y disear muy pronto con amplificadores 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 anlisis se hace de forma idntica a la del circuito inversor.

Figura 2 Amplificadores operacionales en configuracin no inversora.

La ecuacin de los nodos en la entrada inversora est 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 est dada por:

Amplificador diferencial

El amplificador diferencial, tiene la siguiente configuracin:

Como se tiene retroalimentacin negativa tengo que:

Si se cumple que , se puede decir que:

Sumador inversor.

El amplificador inversor, tiene la siguiente configuracin:

Como existe retroalimentacin negativa, se tiene que:

Podemos tener una tensin de salida como combinacin lineal de las tensiones de entrada. En el caso particular de que , quedando el valor de tensin de salida de:

Sumador no inversor

El sumador no inversor, tiene la siguiente configuracin:

Por tener retroalimentacin negativa, se tiene que:

Como , entonces:

Eligiendo las resistencias de manera que, y que , se tiene que:

Seguidor de tensin

El seguidor de tensin, tiene la siguiente configuracin:

Por retroalimentacin negativa tengo que , tengo que .

Convertidor de tensin a corriente

El convertidor de tensin a corriente, tiene la siguiente configuracin:

Intentando que la con la tensin suministrada, calcule una corriente y se tiene que por retroalimentacin negativa:

Y la intensidad de corriente se obtiene mediante la siguiente ecuacin:

Convertidor de corriente a tensin

El convertidor de corriente a tensin, tiene la siguiente configuracin:

Intentando que por la resistencia , con la corriente suministrada, se calcule un voltaje que sea independiente, teniendo que por retroalimentacin negativa puedo decir que:

Circuito integradorEl circuito integrador, tiene la siguiente configuracin:

Como tengo una retroalimentacin negativa, se puede decir que:

Integrando la funcin, se tiene que:

Para obtener las condiciones iniciales, se puede establecer que, el interruptor est cerrado y en el instante t = 0 seg se abre.

Circuito diferenciador

El circuito diferenciador, tiene la siguiente configuracin:

Como se tiene retroalimentacin negativa se tiene que:

Quedando as, lo siguiente:

Comparador

El comparador, tiene la siguiente configuracin:

En este caso no hay realimentacin y habra que aplicar las condiciones siguientes:

1. Salida slo dos valores (+Vcc, -Vcc).2. .

En cuanto V+ sea un poco mayor que V- la salida (Vo) ser la mxima positiva y en cuanto V+ sea un poco menor que V- la salida (Vo) ser la mxima negativa. De forma que la curva de transferencia del circuito sera:

Disparador (trigger) de Schmitt

El disparador (trigger) de Schmitt tiene la siguiente configuracin:

Como es un caso de realimentacin positiva deberemos aplicar las siguientes condiciones:1. Salida slo dos valores (+Vo y -Vo).2. .

Para la salida de +Vo 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 comparacin V1 y V2.Cuando la salida actual Vo sea +Vo el valor de comparacin ser:

Cuando la salida actual Vo sea -Vo el valor de comparacin ser:

Si , tengo que;

En la figura 1 (verde) se representa la funcin de transferencia del circuito cuando la salida actual es +Vo. Por ser en estos momentos la salida la mxima positiva, en el terminal No Inversor del operacional tendremos la tensin V1 para comparar. En cuanto la entrada vi sea un poco mayor que V1, la salida que habr en el momento siguiente bascular al valor mximo negativo (-Vo). Mientras la entrada vi sea un poco menor que V1, la salida permanecer siendo la mxima positiva (+Vo).

En la figura 2 (roja) se representa la funcin de transferencia del circuito cuando la salida actual es -Vo. Por ser en estos momentos la salida la mxima negativa, en el terminal No Inversor del operacional tendremos la tensin V2 para comparar. En cuanto la entrada vi sea un poco menor que V2, la salida que habr en el momento siguiente bascular al valor mximo positivo (+Vo). Mientras la entrada vi sea un poco mayor que V2, la salida permanecer siendo la mxima positiva (+Vo).

La figura 3 sera una superposicin de las dos curvas anteriores y se podra leer de la siguiente manera:

Cuando la entrada vi sea mayor que V1, no hay duda de que la salida es la mnima negativa, independientemente del valor que tenga en esos momentos la salida. Ya que la entrada sera mayor tanto de V1 y como de V2.

Cuando la entrada vi sea menor que V2, tampoco hay duda de que la salida actual ser la mxima positiva, independientemente del valor que tenga en estos momentos la salida. Ya que la entrada sera 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 tendra la salida en el momento siguiente dependera del valor de la salida en el momento actual. Si ahora la salida valiera la mxima positiva (+Vo), compararamos con V1 y la salida siguiente valdra +Vo.

Si por el contrario, la salida valiese la mxima negativa (-Vo) compararamos con V2 y la salida siguiente valdra -Vo. Podramos decir que, en ambos casos, la salida se mantiene. Este circuito permite distinguir cuando una seal de entrada tiene un determinado valor y est subiendo o est bajando, como queda representado en la figura siguiente:

Supongamos que la seal de entrada parte de un valor inicial menor que V2 (por ejemplo, cero). En ese caso no hay duda de que la seal de salida pasar 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 ser V1. Si la seal de entrada va creciendo, la salida no bascular al valor mximo negativo (-Vo) hasta que la seal de entrada no supere el valor de V1.

En el caso de que partamos de una seal de entrada mayor que V1, tampoco habr duda de que el valor de la salida ser el mximo 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 ser V2.

De forma que si la seal de entrada va disminuyendo de valor, hasta que no alcance un valor un poco menor que V2 la salida no bascular al valor mximo positivo (+Vo).

DESARROLLO

Actividad

Utilizando la tcnica didctica de la simulacin resuelva los ejercicios de las diferentes configuraciones Circuitos tpicos con amplificadores operacionales, En grupo deben simular las siguientes configuraciones y describir sus posibles aplicaciones:

a. Amplificador de tensin b. Amplificador de tensin no inversorc. Amplificador diferenciald. Sumador inversor.e. Sumador no inversorf. Seguidor de tensing. Convertidor de tensin a corrienteh. Convertidor corriente tensini. Circuito integradorj. Circuito diferenciador.k. Comparadorl. Disparador (trigger) de Schmitt

Desarrollo experimental

El laboratorio se desarrollar a travs de experimentos individuales, utilizando en todos ellos el amplificador operacional 741.

Clculos Matemticos

Simuladores

Amplificador Inversor

Amplificador no Inversor

Amplificador Diferencial

Sumador Inversor

Sumador no Inversor

Seguidor de Tensin

Convertidor de Tensin Corriente

Convertidor de Corriente a Tensin

Circuito Integrador

Comparador

Disparador (Trigger) de Schmitt

Evidencias de los montajes en Protoboard

Conclusiones

El amplificador operacional es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, la cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo tierra (o el punto de referencia que se considere).

Un amplificador operacional es un dispositivo lineal de propsito general el cual tiene capacidad de manejo de seales normales o definidas por fabricantes. Que pueden ser manejadas por configuraciones bsicas de un amplificador operacional. Y por medio de Operaciones lgicas bsicas.Hoy en da su utilidad es indispensable, ya que es utilizado para la fabricacin de productos elctricos. Ya sean electrodomsticos, computadoras, televisores, lavadoras. Por qu se emplean tambin en cada una de ellas para su diseo, las operaciones bsicas lgicas. Y que sin ellas no tendramos el avance tecnolgico que tenemos hoy en da y que seguiremos disfrutando.

Concluimos que el Amplificador Operacionales cumple con la regla de sus terminales positivo o negativo y hemos comprobado en varios casos que si la seal de entrada entra por un Terminal positivo la seal de salida va salir en fase con la seal de entrada y si la seal de entrada entra por el Terminal negativo la seal de salida saldr desfasada y la ganancia va ser negativa.

El LM741 este dispositivo es un amplificador de propsito general bastante conocido y de uso muy extendido. Sus parmetros son bastante regulares, no teniendo ninguno que sea el mejor respecto a los de los dems, pero en conjunto presenta una alta impedancia de entrada. .