CARACTERISTICAS BASICAS DE UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL

JUAN CARLOS ESCOBAR AROS 1227002 3746JUAN FELIPE MORENO 1228265 3746KEVIN ALEXANDER MENCO 1231158 3746

LABORATORIO DE ELECTRONICA IEIEE UNIVERSIDAD DEL VALLEjuancarlos_0614@hotmail.compipe.2525@hotmail.comkevin.menco@correounivalle.edu.co

I. RESUMENA travs de esta prctica se experiment con uno de los dispositivos electrnicos ms verstiles, como lo es el Amplificador Operacional, el cual es muy usado en el desarrollo de aplicaciones lineales y no lineales; a partir de ello se entendi su funcionamiento y se aprendi a calcular las corrientes de polarizacin de offset, voltaje de offset, ganancia y ancho de banda, impedancia de entrada y salida, y la rapidez de respuesta del Amp-Op. Se logr comprender la diferencia entre un Amp-Op real y uno ideal, los cuales varan de acuerdo a los componentes del Amp-Op real II.INTRODUCCIONConocer el funcionamiento de un amplificador ideal y uno real mediante la practica a realizar y caracterizando sus diferencias, y saber cules son sus generalidades donde cumple un correcto funcionamiento

III. OBJETIVOSa) Identificar las principales caractersticas de un Amplificador operacional real

b) Analizar los efectos de realimentacin negativa en los Amplificadores Operacionales, como ganancia y ancho de banda, rapidez de respuesta, voltaje de offset, corriente de polarizacin y de offset.

IV.MATERIALES

Amplificadores operacionales LF353 Y LM741 2 resistencias 330k 2 resistencias 330 2 resistencias 220k 1 potencimetro 10k 2 resistencias 1k 1 resistencia 7,5k 1 resistencia 10k 1 resistencia 100k Caimanes Cable UTP para realizar la conexin 1 Protoboard

V. MARCO TEORICO

a) Amplificador Operacional.Un amplificador operacional consiste en un arreglo de etapas construidas a base de transistores para conseguir una muy alta ganancia de voltaje. Un amplificador operacional bsico consta de dos entradas y una salida, los terminales de alimentacin del dispositivo frecuentemente no son mostrados.

b) Ganancia y ancho de banda.La ganancia de voltaje de bucle abierto (AVOL) de un amplificador operacional est usualmente entre 100.000 y 1.000.000. Esta ganancia disminuye con el incremento de la frecuencia de la seal de entrada hasta decaer a la ganancia unitaria. El valor de la frecuencia para esta ganancia se especifica por el fabricante como el ancho de banda de ganancia unitaria (f1), usualmente la ganancia es dada en decibelios. Otro valor de frecuencia de inters es el valor al cual la ganancia decae a 3dB, siendo sta la Frecuencia de corte del amplificador operacional (fc).

c) Corriente de polarizacin y offset. Idealmente, por un amplificador operacional no fluye corriente por los terminales de entrada, en la prctica a menudo se obtienen dos corrientes, uno por la terminal + y otra por la -. La corriente de polarizacin es un problema en los amplificadores operacionales porque esta fluye en impedancias externas, la red de realimentacin o la fuente de polarizacin y produce voltajes, lo cual aade errores al sistema. En sistemas sensibles estos errores en el orden de mV no son triviales..d) Voltaje de offset.Los amplificadores operacionales no tienen perfectamente balanceadas las entradas, por ello si se conectan las dos entradas a tierra (en bucle abierto), la salida no ser cero, sino que se saturar a Vcc (valor mximo positivo) o Vee (valor mximo negativo) (no se puede determinar a cul de los dos). Este parmetro puede ser compensado, en algunos amplificadores, con una entrada para variar el voltaje mediante un potencimetro. Esta compensacin solo sirve en estados iniciales donde las variaciones del dispositivo respecto a la temperatura sean pequeas.

e) Impedancia de entra y de salida.La impedancia de entrada se refiere a la impedancia en modo diferencial y es la impedancia vista entre las terminales inversora y no inversora. En la figura 2 se observa la forma como se modela la impedancia de entrada diferencial (Zdiff) y la impedancia de entrada en modo comn (Zcm+, Zcm-). La impedancia de salida de un OpAmp es generalmente pequea (< 100)

f) Rapidez de respuesta.La respuesta en frecuencia de los Amp-Op. determina el rango en el cual trabajar el sistema sin que haya distorsin en la seal, lo cual se le conoce como ancho de anda, ste determina las frecuencias que se producen en el proceso de amplificacin, la respuesta de este parmetro depende de la configuracin asignada al amplificador.

VI. PROCEDIMIENTO

Se procedi a realizar los montajes indicados en cada uno de los puntos, y se tomaron los respectivos datos experimentales. Para los experimentos los amplificadores se deban alimentar a +12v y -12v; y se midieron los valores reales de todas las resistencias que se utilizaron en los procedimientos.

Corrientes de polarizacin y offset de entradaPara este punto se realiz el montaje de la figura 3.

Una vez hecho el montaje y las conexiones respectivas se midi las tensiones de la entrada inversora y no inversora del operacional con respecto a tierra, para determine las corrientes de polarizacin y offset de entrada. Este proceso se hizo tanto para el Amp-Op LM741 y LF353.

Voltaje de offsetSe mont el circuito de la figura 4 tanto para el Amplificador LM741 y LF353.

Luego se realizaron las mediciones de los voltajes de salida y se determin el valor del offset de entrada teniendo en cuenta la ganancia del circuito. Despus se modific el circuito, aadiendo a la entrada no inversora una resistencia de 330 como se muestra en la figura 5.

Y se determin nuevamente los voltajes de offset de salida, los cuales se compararon con los resultados de circuito sin la resistencia de 330.

GananciaSe mont los circuitos de las figuras 7 y 8 y se determin de forma experimental la ganancia y los voltajes de saturacin positiva y negativa, tanto para el Amplificador LM741 y el LF353.

Ancho de banda (BW)En esta parte se mont el circuito de la figura 8, para hallar el ancho de banda de los Operacionales LM741 y LF353 y se determin la frecuencia de corte y la frecuencia de ganancia unitaria.

Donde se midi la magnitud de la entra y la salida de los operacionales, y fue variando la frecuencia hasta que la ganancia fuera igual a 1, es decir para hallar la frecuencia de ganancia unitaria (f1), y a partir de esta y la ganancia A del circuito poder hallar frecuencia de corte (fc). Para el caso del LF352, la resistencia R7 se le estableci un valor ms o menos el doble del de la grfica.

Rapidez de Respuesta (SlewRate, SW)Se utiliz el circuito de la figura 8 y se procedi a variar la frecuencia de una seal seno con la mayor salida posible; hasta que llegara a una frecuencia mxima donde la onda en el osciloscopio se empezaba a distorsionar.

Sabiendo la frecuencia mxima a la cual la onda se distorsionaba y el voltaje pico de dicha onda se hallaba la rapidez de respuesta (SlewRate, SW) tanto para el LM741 como para el LF353.

VII. RESULTADOS

5.3

Ganancia.Se hizo el montaje en la protoboard de la figuras 7 y 8 de la gua para los amplificadores LM741 Y LF353, con el fin de hallar la ganancia y los voltajes de saturacin positiva y negativa de los respectivos amplificadores.

a) LF353

Vo= -(R2/R1)ViR2= 10k, R1=1kVi = Vp = 0.5v, Vo=5.23vA= -(R2/R1) = Vo/Vi = 10.46

b) LM741

Vo= -(R2/R1)ViR2= 10k, R1=1kVi = Vp = 1v, Vo=11vA= -(R2/R1) = Vo/Vi = 11

Los Amp-Op estn alimentados entre +12v y -12v, los voltajes de saturacin para el LF353 y LM741 son aproximadamente 1v por debajo de los voltajes de alimentacin, ms o menos en 11v.

5.4

Ancho de banda (BW)Para el ancho de banda se utilizaron las mismas figuras 7 y 8, y se procedi a medir la magnitud de la entra y la salida de los operacionales, y a partir de ello se empez a variar la frecuencia hasta que la ganancia sea igual a 1, es decir para hallar la frecuencia de ganancia unitaria (f1), donde a partir de ah se hall la frecuencia de corte (fc) de los circuitos.

a) LF353

Vo= -(R2/R1)ViR2= 10k, R1=1kVi = Vp = 1v, Vo=8.97vA= -(R2/R1) = Vo/Vi = 8.97f1= 450.3 kHz0.707*A = A` = 6.34179fc=f1/A` = 260kHz

LM741

Vo= -(R2/R1)ViR2= 10k, R1=1kVi = Vp = 1.01v, Vo=8.86vA= -(R2/R1) = Vo/Vi = 8.86f1= 100.63 kHz0.707*A = A` = 6.26fc= f1/A` = 16.16kHz

b) En la figuras al cambiar R5= 100k, tanto para el LM741 como para el LF353, la ganancia A aumenta, y arbitrariamente cual sea la frecuencia de ganancia unitaria f1, La frecuencia de corte fc resultante ser mucho menos que las del inciso a.

5.5

Rapidez de respuesta (SR)Para hallar la rapidez de respuesta, una vez montados los circuitos de los respectivos amplificadores; se procedi a medir la mxima frecuencia a la cual la seal que pasaba por los amplificadores empezaba a distorsionarse. Una vez esta y teniendo el valor pico de la seal de salida adecuada, hallbamos el SR. LM741

Fmax= SR/(2*pi*Vp)Fmax = 12.026 kHzVp=10 vEntonces SR=753.98 v/usLF353

Fmax= SR/(2*pi*Vp)Fmax = 277.8 kHzVp=11.7 vEntonces SR= 20.42 V/us

VIII. CONCLUSIONES

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IX. BIBLIOGRAFA

[1] COOPER, William David; Instrumentacin Electrnica y Mediciones. Ed. Prentice-Hall, 2da edicin, 1982.

[2]Tabla de valores nominales. http//www.arrakis.es/~fon/simbologa/_private/colores.htm. Agosto de 2012

[3] Formato Artculos IEEE https://docs.google.com/document/d/1DDDHbyujVE0Jso3ITDVRpF-n_ydSYhf2IecZ8xTA-0w/preview?markAsViewed=false.

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