Amplificadores Operacionales Alejandro Romero

Andres Agredo Universidad ICESI

Resumen:

Los terminales son:

• V+: entrada no inversora • V-: entrada inversora • VOUT: salida • VS+: alimentación positiva • VS-: alimentación negativa

En la practica de laboratorion numero 8 se van a

implementar diferentes circuitos y se les aplicara diferentes señales de entrada, los implementos que se utilizaran son: generador de señales, osciloscopio, 2 resistencias, un capacitor una fuente de voltage VCC y el integrado LF353 que se utilizara como amplificador operacional.

Los circuitos en los que se van a trabajar seran:

un amplificador no inversor, amplificador inversor, un circuito derivador y un circuito integrador.

Un ejemplo de circuitos amplificadores en la

vida cotidiana son los microfonos, la señal de entrada es el sonido en el microfono, pasa por el circuito amplificador y retorna una salida igual a la de entrada pero mas fuerte por el bafle. Cálculos Teóricos, simulaciones y resultados prácticos

1. Circuito Inversor:

Para este circuito se devia calcular el valor de una resistencia para que se obtuviera una ganancia de 10, como la primera resistencia R1 es de 1 kilo ohm, la resistencia R2 tenia que ser de 10 kilo ohms. Para verificar el resultado obtenido, se utilizaron las dos puntas del osciloscopio para comparar los dos resusltados. Se comparo con dos amplitudes diferentes. Con un voltaje de entrada de 460 mv o 500 vpp y una frecuencia de 1,053 kHz, se obtuvo una señal de salida de 4.56 voltios o 5.44 vpp y una frecuencia muy similar a la de entrada de 1,050 kHz, En las simulaciones se trabajaron con diferentes valores para poder comprovar la estabilidad del circuito, solo se duplicaron los valores. En el anexo 1 esta el montaje simulado y la grafica de Vo vs t y Vi vs t. Se puede observar que la señal de entrada es mucho mas pequeña que la señal de salida, eso se debe a la amplificacion de la señal, y la otra caracteristica es que la señal de salida esta invertida. Si se amplifica la señal de entrada, la señal de salida se elevara 10 veces mas, hasta que la señal de salida llegue a su limite, que es el valor de alimentacion VCC. El valor VCC de el simulado es de 18 voltios, y el de la practica es de 10 voltios.

2. Circuito No Inversor:

En este segundo circuito se modifican las

entradas de la compuerta del integrado, a la entrada positiva entra el voltaje vi, y al la entrada negativa llegan las resistencias y la tierra.

A este circuito la resistencia R2 debe ser de 10

kilo ohm para obtener la ganancia indicada. La forma de onda de la seña de salida es silimar

a la de entrada, pues aumenta y disminuye al mismo tiempo, la diferencia es que la amplitud de la señal de salida es mayor, se debe al mismo fenomeno de amplificacion del primer circuito.

La señal de salida tiene su punto maximo en 10

voltios en la parte practica, en la teorica seria de 18 voltios, por la diferencia en los VCC, como se amplifica 10 veces la señal, la señal de salida deja de crecer a los 10 voltios, quiere decir que cuando la señal de entrada es de 1 voltio, la señal de salida llega a su limite, la si se aumenta la señal de entrada a mas de 1 voltio, la señal de salida se recorta a los extremos superiores e inferiores.

Se le denomina amplificador no inversor porque

amplifica la señal de entrada y no altera su forma, solo aumenta su amplitud.

3. Circuito Derivador:

En este circuito se cambia la resistencia de 1 kilo ohm por un capacitor de 10nF, la resitencia R sera de 10

kilo ohm, se hacen dos calculos, con una señal de entrada senoidal y con una señal triangular.

La amplitud vi es de 500 mv y la señal de salida

es de 5.6 voltios. Con la señal triangular la amplitud de la señal es de 520 mv y la señal de salida es de 6 voltios.

Al igual que los anteriores montajes electricos,

la señal de salida tiene su limite en 10 voltios, esto se puede mofificar cambiando los valores VCC de alimentacion del circuito integrado.

Las graficas y los circuitos en los anexos 3

corresponden a este circuito, el anexo 3-1 es el derivador con señal de entrada senoidal, el anexo 3-2 corresponde al derivador con señal triangular, los altibajos en las zonas rojas se debe a la carga del capacitor, es por eso que en el anexo 3-3 se hace una simulacion con un VCC de 10 voltios y se aumenta el valor de la capacitancia del capacitor a 2 micr faradios, y se puede observar mas claramente la señal de entrada y la señal de salida ya derivada, pues la derivada de una recta es la pendiente de ella, siendo positiva al aumentar y negativa a l disminuir.

4. Circuito Integrador:

En este circuito se cambia de lugar las

resistencia y el capacitor, a la compuerta del integrado sigue llegando el positivo a tierra, el negativo se modifica.

El comportamiento es igual a los anteriores

montajes respecto a que sigue amplificando la señal de entrada al circuito, aunque la señal de salida se comporta muy diferente.

El voltaje de entrada de la señal es de 181 mv

amp y el voltaje de salida fue de 1.76 v amp quiere decir que amplifica 10 veces el valor de la entrada

la frecuencia de la señal es de 1,000 kHz aproximandamente en ambas señales.

En el anexo 4-2 se muestra el circuito

implementado y simulado en multisim con sus respectivas graficas de entrada y salida de las señales, la funcion superior es la señal de entrada senoidal y la inferior la de salida, la integral de una funcion “curva” es una recta con pendiente positiva si crece y negativa si disinuye.

En el anexo 4-3 se muestra un montaje muy

parecido al anexo 4-2, la diferencia entre los montajes es que se agrega una resistencia con un valor elevado de 100 kilo ohm en paralelo con el capacitor, eso hace que la funcion de entrada disminuya, somo se ve en su grafica de entrada y salida de señales.

El anexo 4-4 es el mismo montaje, solo cambia

la señal de entrada por una señal triangular y la señal de salida cambia a una señal cuadrada, se debe a que la señal cuandrada es la derivada de la señal triangular, es el circuito contrario que el anexo 3-3, en donde se deriva.

Confrontación de resultados:

En el circuito inversor tenemos una ganancia de

10 voltios, eso se debe a que la ganancia en este montaje es:

A=-R2/R1 Donde R1 es 1 K ohm y R2 es 10 K ohm. Los resultados no son exactos, esto se devea que

las resistencias en la parte practica tienen un error de +- 5% y los instrumentos de medida tienen pequeños errores. Aun asi se puede apreciar claramente en las graficas que el amplificador cumple la relacion entre vi, vo y R1,R2. El comportamiento de las funciones de entrada y salida son coherentes con las esperadas, pues aparte del error, su comportamiento es el esperado.

Se muestra la comparacion entre la forma de onda de la señal de entrada y salida del circuito inversor. En el circuito no inversor se modifico el montaje, invirtiendo las entradas del amplificador operacional. La entrada del amplificador es la misma, aunque su salida es modificada considerablemente, en el inversor la señal de entrada era seno y la señal de salida era coseno mas la amplitud de su ganancia. En este circuito las dos señales son senoidales y la diferencia es la amplitud de la ganancia de las señal de salida.

Se muestra la comparacion entre las dos señales,

entrada y salida respectivamente. La funcion de ganancia es: A= 1+(R2/R1) Donde R1 es 1 K ohm y R2 es 10 K ohm. El el circuito derivador cambia la resisstencia R1

por un capacitor, la funcion de este circuito es cambiar la forma de la onda a una forma derivada de la funcion de entrada.

La ganancia eneste circuito e de 10 voltios, al

ingua l que en los anteriores montajes electricos. Se aplico una señal triangular a la entrada del

circuito, la señal de salida corresponde con la derivada de esa señal, generando una señal cuadrada.

La funcion de Vo del circuito derivador es: Vo= -RC*(dVi/dt) Donde R es el valor de la resistencia, C la

capacitancia y Vi la señal de entrada.

En el circuito integrador se hace un

procedimiento parecido al aplicado en el circuito derivador, se aplica la misma señal de entrada y cambia la señal de salida por una señal integrada y aumentada de la señal de entrada.

El limite de los valores de la señal de salida son

10 voltios, pues se le aplica ese voltaje al amplificador operacional.

Se modifico el montaje insertando una

resistencia en paralelo con el capacitor, esto genera un camigo en la señal de salida, haciendo que la señal disminuya, haciendo que el capacitor no se cargue completamente y suba la señal.

Se aplico una señal de entrada cuadrada, esto

hace que la señal de salida sea integrada y genere una señal triangular.

La funcion Vo de el circuito integrador es:

𝑉𝑉𝑉𝑉 = −1𝑅𝑅𝑅𝑅

�𝑉𝑉𝑉𝑉(𝑡𝑡)𝑑𝑑𝑡𝑡 + 𝑅𝑅𝑡𝑡𝐶𝐶

Donde R es el valor de la resistencia, C la capacitancia y Vi la señal de entrada.

Observaciones y conclusiones

1. La primera comclucion es que los

amplificadores operacionales se utilizan para cambiar la amplitud de la señal de entrada, depende de la ganacia que se le aplique, puede ser modificada cambiando los valores de las resistencias.

2. La frecuencia de la señal de entrada y salida son independientes de los valores que e modifiquen en el cirncuiro, quere decir que no importa el tipo de amplificador, si cambia la señal de entrada, la frecuencia de la señal de salida va a tener el mismo valor de la frecuencia de la señal de entrada.

3. Los amplificadores operacionales tienen un limite maximo, depende de el voltaje que entre al amplificador operacional o VCC.

4. Al iniciar la practica en el laboratorio no se entendia muy bien el funcionamiento de estos amplificadores, la observacion es modificar un ejercicio y cambiar una resistecnia por un potenciometro y verificar que esta pasando con las señales de entrada y salida, asi se vera muy facilmente como se comporta el circuito y que es la ganancia en el.

Referencias

1. Amplificador Operacional. es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional

2. Laboratorio de Elctronica: Practica 8. 3. El amplificador operacional: Fundamentos y

aplicaciones basicas.(pdf)

www.hcdsc.gov.ar/biblioteca/ises/tecnologia/informatica/amplificador%20operacional.pdf

Anexos:

Circuito inversor. Anexo 1.

Circuito no inversor. Anexo 2.

Circuito derivador. Anexo 3-1.

Anexo 3-2.

Anexo 3-3.

Circuito integrador. Anexo 4-1.

Anexo 4-2.

Anexo 4-3.

Anexo 4-4..