Laboratorio 2 Electronicos II

7/24/2019 Laboratorio 2 Electronicos II

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LABORATORIO N-2 DISEÑO CONAMPLIFICADORES OPERACIONALES

UNTELS CIRCUITOS ELECTRONICOS 2

UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICADE LIMA SUR

(UNTELS)

INGENIERÍA ELECTRÓNICA YTELECOMUNICACIONES

LABORATORIO N-2

DISEÑO CON AMPLIFICADORESOPERACIONALES

ALUMNO:

ARNAO ALARCON JUAN SALVADOR

CICLO: VIII

CURSO: CIRCUITOS ELECTRONICOS 2

LIMA – PERU





CURSO: CIRCUITOS ELECTRÓNICOS IIPráctica de Laboratorio Nº 2

TÍTULODiseño con amplificadores operacionales

OBJETIVO:

Diseñar y luego verificar su diseño implementando los circuitos para comprobar lateoría con la práctica

FUNDAMENTO TEÓRICO:

El amplificador operacional a utilizar es el ua741 y es un circuito integrado que tiene8 pines como se puede apreciar en la figura.Los amplificadores operacionales son amplificadores de voltaje ( se acercan al ideal),porque tienen impedancia de entrada muy elevada ( idealmente infinito), impedanciade salida muy pequeña ( menor que 100 ohm), Idealmente su impedancia de salidaes 0. El ua741 tiene una ganancia en lazo abierto de 200000.Se denomina operacional porque permite realizar diferentes tipos de operaciones yse le utiliza como sumador, restador, integrador, derivador, inversor, no inversor y enaplicaciones no lineales.





GENERALIDADES

Un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O., op-amp u OPAM), es un circuitoelectrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y unasalida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):

Vout = G·(V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741.El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue el FairchildμA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también deWidlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popularFairchild μA741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en

tecnología bipolar.Originalmente los A.O. se empleaban para operacionesmatemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.)en calculadoras analógicas. De ahí su nombre.El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de

banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo yningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes deentrada son cero.

NOTACIÓNEl símbolo de un amplificador es el mostrado en la siguiente figura:

Los terminales son:V+: entrada no inversoraV-: entrada inversora

VOUT: salidaVS+: alimentación positivaVS-: alimentación negativaLos terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O.

basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT son VCC y VEE. Normalmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos porclaridad.

https://sites.google.com/site/teoriadecircuitosdc/amplificador-operacional-real-e-ideal-1/1.png?attredirects=0





TABLA DE CARACTERÍSTICAS IDEALES Y REALES

Parámetro ValorIdeal

Valor Real

Zi ∞ 10 TΩ

Zo 0 100 Ohm

Bw ∞ 1 MHz

Av ∞ 100.000

Ac 0

Nota: Los valores reales dependen del modelo, estos valores son genéricos y son unareferencia. Si van a usarse amplificadores operacionales, es mejor consultar el datasheet ocaracterísticas del fabricante.

COMPORTAMIENTO EN CORRIENTE CONTINUA (DC)

LAZO ABIERTO

Si no existe realimentación la salida del A. O. será la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000(que se considerará infinito encálculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las dos tensiones es de1V la salida debería ser 100.000 V. Debido a la limitación que supone no poder entregar mástensión de la que hay en la alimentación, el A. O. estará saturado si se da este caso. Esto seráaprovechado para su uso en comparadores, como se verá más adelante. Si la tensión más altaes la aplicada a la patilla + la salida será VS+, mientras que si la tensión más alta es la del pin- la salida será la alimentación VS-.

LAZO CERRADO O REALIMENTADO

Se conoce como lazo cerrado a la realimentación en un circuito. Aquí aparece unarealimentación negativa. Para conocer el funcionamiento de esta configuración se parte de lastensiones en las dos entradas exactamente iguales, se supone que la tensión en la pata + subey, por tanto, la tensión en la salida también se eleva. Como existe la realimentación entre lasalida y la pata -, la tensión en esta pata también se eleva, por tanto la diferencia entre las dos

entradas se reduce, disminuyéndose también la salida. Este proceso pronto se estabiliza, y setiene que la salida es la necesaria para mantener las dos entradas, idealmente, con el mismovalor.Siempre que hay realimentación negativa se aplican estas dos aproximaciones para analizar elcircuito:

V+ = V- (lo que se conoce como principio del cortocircuito virtual).I+ = I- = 0

Cuando se realimenta negativamente un amplificador operacional, al igual que con cualquiercircuito amplificador, se mejoran algunas características del mismo como una mayor

impedancia en la entrada y una menor impedancia en la salida. La mayor impedancia deentrada da lugar a que la corriente de entrada sea muy pequeña y se reducen así los efectos de





Las perturbaciones en la señal de entrada. La menor impedancia de salida permite que elamplificador se comporte como una fuente eléctrica de mejores características. Además, laseñal de salida no depende de las variaciones en la ganancia del amplificador, que suele sermuy variable, sino que depende de la ganancia de la red de realimentación, que puede ser

mucho más estable con un menor coste. Asimismo, la frecuencia de corte superior es mayoral realimentar, aumentando el ancho de banda.Asimismo, cuando se realiza realimentación positiva (conectando la salida a la entrada noinversora a través de un cuadripolo determinado) se buscan efectos muy distintos. El másaplicado es obtener un oscilador para el generar señales oscilantes.

COMPORTAMIENTO EN CORRIENTE ALTERNA (AC)

En principio la ganancia calculada para continua puede ser aplicada para alterna, pero a partirde ciertas frecuencias aparecen limitaciones. (Ver sección de limitaciones)

Análisis

Para analizar un circuito en el que haya A.O. puede usarse cualquier método, pero unohabitual es:Comprobar si tiene realimentación negativaSi tiene realimentación negativa se pueden aplicar las reglas del apartado anteriorDefinir las corrientes en cada una de las ramas del circuitoAplicar el método de los nodos en todos los nodos del circuito excepto en los de salida de losamplificadores (porque en principio no se puede saber la corriente que sale de ellos)Aplicando las reglas del apartado 2 resolver las ecuaciones para despejar la tensión en losnodos donde no se conozca.

MATERIALES Y EQUIPOS:

1.- 1 circuito integrado ua7412.- Resistores: de acuerdo al diseño obtenido,3.- Resistores de 330 ohms y 1 K.4.- Capacitor de 1 uf/25 v5.- 1 PROTOBOARD6.- 1 MULTÍMETRO

7.- 1 OSCILOSCOPIO8.- 1 generador de señal

Circuitos a implementarLos circuitos a implementar son de acuerdo al diseño realizado.

1.-Diseñar un amplificador inversor con una ganancia de 20 db y una resistencia deentrada de 2K.Fuente a alimentación de ±12 V Aplicar una señal de entrada de 1 KHz.Que voltaje de entrada máximo tendrá que aplicar para que la salida no se sature.





-Implementar el circuito.Medir los voltajes de entrada y salida del circuito y dibujar sus formas de onda.

=> = 20 = 20 log( ) = 10





=> =

= −

= 10

=>− = 10(2) = 20

¿Entre que valores límites podría variar la ganancia de lazo cerrado del amplificadorsi las resistencias tienen una tolerancia de ±5%?

Estaría entre unos valores de 1900 a 2100

2.-Diseñar un amplificador inversor con una función de transferencia Avf = -15Suponiendo que la señal de entrada es Vs = 0.5sen 4000 π t, dibujar superpuestas la

señal de entrada Vs y la señal de salida Vo del amplificador.Calcular el periodo de la tensión de entrada y el de la tensión de salida.





= −

= −15 = −

15

1

Entonces:Rf = 15k y Ra = 1k

Periodo de la tensión de entrada es =

=

= 50

3.- Montar el circuito 1 con Z1= 330’ ohms y Z2 = 1 Kohms

a.-Aplicar una onda sinusoidal de 70 hz y Vpp = 4 voltiosObtener el periodo, la ganancia Vo/Vi y la diferencia de fase entre Vi y V2.Fuente DC +12 y -12 voltios.

Vipp = 4vpp =.

4= 0.325

Vopp = 1.3vpp





b.- Aplicar una onda triangular de una frecuencia de 70 hz. Y 4 Vpp.Representar gráfica y simultáneamente Vi y Vo indicando en los ejes lasmagnitudes correspondientes

Vipp = 4vpp =.

4= 0.3325

Vopp = 1.33vpp





4.-Montar el circuito 1 con Z1= 1 uf y Z2 = 1 Kohms

a.-Aplicar una onda sinusoidal de 70 hz y Vpp = 4 voltiosObtener el periodo, la ganancia Vo/Vi y la diferencia de fase entre Vi y V2.Fuente DC +12 y -12 voltios.





Vipp = 4vpp =8.4

4= 2.1

Vopp = 8.4vpp





b.- Aplicar una onda triangular de una frecuencia de 70 hz. Y 4 Vpp.Representar gráfica y simultáneamente Vi y Vo indicando en ls ejes lasmagnitudes correspondientes. Cuál es el efecto producido.

c) Aplicar una onda cuadrada de una frecuencia de 70 hz y 4 Vpp. Representargráfica y simultáneamente Vi y Vo indicando en los ejes las magnitudescorrespondientes. Cuál es el efecto producido.

Figura 1

DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO:

Z1 Z2 Vipp Vopp desfase ganancia3a 330Ω 1kΩ 4 1.12 180° 0.33

3b 330Ω 1kΩ 4 1.12 180° 0.334a 1uF 1kΩ 3.98 8.92 90° 2.2574b 1uF 1kΩ 3.98 8.92 90° 2.124c 1uF 1kΩ 4 14.8 90° 3.9

Hacer tabla de comparación de valores teóricos diseñados y valores medidos paracada circuito

5.-Diseñar e implementar un conversor digital análogo.

La señal de entrada es de 4 bits y aumenta desde 0000 hasta 1111 (contador). Al contador trabajarlo con una señal de clock mayor de 1 KHz. La etapa de salidadebe ser un amplificador inversor sumador de 4 entradas.-Ver la señal de salida. Dibujarla.Cuál es la amplitud de cada escalón.

Cuantos escalones se obtienen.

Vo

+

-

2V

Z2

Z1

Z1

Z2





Se obtienen 15 escalones para el conversor digital análogo de 4 bits

Observaciones y conclusiones

*En ésta práctica analizamos y comprendimos el funcionamiento y el manejo de losamplificadores operacionales. Realizamos las principales configuraciones conamplificadores operacionales como es el amplificador INVERSOR.

*Los valores obtenidos teóricamente coincidieron con los valores simulados y realeshechos en el laboratorio, por lo cual se cumplió el objetivo de comprobar dichosvalores.

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