Informe Numero 2 Electronica
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ERSIDAD DE LA SALLE Resumen— En esta práctica de laboratorio se analiza las diferentes configuraciones y tipos que se pueden obtener en amplificadores operacionales lineales, este caso de un LM741. Se planteó la ganancia respectiva para cada configuración, inversora o no inversora. También se analizó el comportamiento de un circuito con seguidor de voltaje del amplificador operacional como también el comportamiento en una diferencia y suma de amplificadores operacionales. Donde se realizó los respectivos montajes, análisis, simulaciones y conclusiones de cada circuito. Palabras Clave—Amplificador, ganancia, resistencia, diferencia, voltaje. Abstract- This practice of laboratory analyses the different configurations and types that are available in linear operational amplifiers, this case of an LM741. Arose as to the respective for each configuration, no investment or investment gain. Also analyzed the behavior of a circuit with voltage follower of the operational amplifier as also the behaviour in a difference and sum of operational amplifiers. Where was the respective assemblies, analysis, simulations and conclusions of each circuit. Keywords— Amplifier, gain, resistance, saturation, difference, voltage. I. INTRODUCCIÓN Lo que se pretende mostrar en esta práctica de laboratorio es ver en un osciloscopio y mediante simulaciones dos señales, la señal obtenida por un amplificador inversor y uno no inversor de tal modo que cumpla los problemas propuestos para la práctica y sea un complemento adecuado a lo visto teóricamente, verificando una señal de entrada con la señal de salida, se sabe que el amplificador no inversor hace que la señal original se amplié, el amplificador inversor hace que en la señal original cuando haya un pico máximo positivo en la señal resultante habrá un pico máximo negativo es como si se reflejara la señal original. También se pretende analizar el comportamiento de un amplificador operacional lineal en modo seguidor de voltaje donde la tensión de entrada es igual a la tensión de salida. Como también se analiza el comportamiento de un amplificador diferenciador donde se analizar la diferencia en sus tensiones de entrada. Y el amplificador operacional en modo de sumador nos permite sumar diferentes voltajes y se tiene la opción de amplificar el resultado Pero si se cambia los valores de las resistencias amplificará o amortiguara las señales dependiendo de los valores. II. ASPECTOS TEÓRICOS Los amplificadores operacionales son dispositivos electrónicos que amplifican señales con una gran ganancia, típicamente del orden de 10 5 o 10 6 veces. Se puede representar con la siguiente figura que muestra la representación de un operacional, con la entrada inversora (-) y no inversora (+) y en el otro lado se representa la salida. El dispositivo amplificará la diferencia entre las dos entradas. Las características principales de un operacional son: 1. La impedancia de entrada es muy alta, del orden de megohms. 2. La impedancia de salida Zout es muy baja, del orden de 1 ohm 3. Las entradas apenas drenan corriente, por lo que no suponen una carga. PRACTICA DE LABORATORIO NUMERO 2 Circuitos varios propuestos de guía en ingles Latorre Lugo David Hernando, Arias Ávila, Juan Camilo. [email protected] [email protected] Fajardo, Diana b
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ERSIDAD DE LA SALLE
Resumen En esta prctica de laboratorio se
analiza las diferentes configuraciones y tipos que se
pueden obtener en amplificadores operacionales
lineales, este caso de un LM741. Se plante la
ganancia respectiva para cada configuracin,
inversora o no inversora. Tambin se analiz el
comportamiento de un circuito con seguidor de
voltaje del amplificador operacional como tambin el
comportamiento en una diferencia y suma de
amplificadores operacionales. Donde se realiz los
respectivos montajes, anlisis, simulaciones y
conclusiones de cada circuito.
Palabras ClaveAmplificador, ganancia,
resistencia, diferencia, voltaje.
Abstract- This practice of laboratory analyses
the different configurations and types that are
available in linear operational amplifiers, this case
of an LM741. Arose as to the respective for each
configuration, no investment or investment gain.
Also analyzed the behavior of a circuit with voltage
follower of the operational amplifier as also the
behaviour in a difference and sum of operational
amplifiers. Where was the respective assemblies,
analysis, simulations and conclusions of each
circuit.
Keywords Amplifier, gain, resistance,
saturation, difference, voltage.
I. INTRODUCCIN
Lo que se pretende mostrar en esta prctica de laboratorio es ver en un osciloscopio y mediante simulaciones dos seales, la seal obtenida por un amplificador inversor y uno no inversor de tal modo que cumpla los problemas propuestos para la prctica y sea un complemento adecuado a lo visto tericamente, verificando una seal de entrada con la seal de salida, se sabe que el amplificador no inversor hace que la seal original se ampli, el amplificador inversor hace que en la seal original cuando haya un pico mximo positivo en la seal resultante habr un pico mximo negativo es como si se reflejara la seal original.
Tambin se pretende analizar el comportamiento de un amplificador operacional lineal en modo seguidor de voltaje donde la tensin de entrada es igual a la tensin de salida. Como tambin se analiza el comportamiento de un amplificador diferenciador donde se analizar la diferencia en sus tensiones de entrada. Y el amplificador operacional en modo de sumador nos permite sumar diferentes voltajes y se tiene la opcin de amplificar el resultado Pero si se cambia los valores de las resistencias amplificar o amortiguara las seales dependiendo de los valores.
II. ASPECTOS TERICOS
Los amplificadores operacionales son
dispositivos electrnicos que amplifican seales
con una gran ganancia, tpicamente del orden de
105 o 106 veces. Se puede representar con la
siguiente figura que muestra la representacin de
un operacional, con la entrada inversora (-) y no
inversora (+) y en el otro lado se representa la
salida. El dispositivo amplificar la diferencia
entre las dos entradas.
Las caractersticas principales de un operacional
son:
1. La impedancia de entrada es muy alta, del orden de megohms.
2. La impedancia de salida Zout es muy baja, del orden de 1 ohm
3. Las entradas apenas drenan corriente, por lo que no suponen una carga.
PRACTICA DE LABORATORIO NUMERO 2
Circuitos varios propuestos de gua en ingles Latorre Lugo David Hernando, Arias vila, Juan Camilo.
Fajardo, Diana b
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4. La ganancia es muy alta, del orden de 10^5 y mayor.
5. En lazo cerrado, las entradas inversora y no inversora son prcticamente
iguales.
Amplificador Operacional No Inversor
En un amplificador operacional configurado
como amplificador no inversor, la seal a
amplificar se aplica al pin no inversor (+) del
mismo. Un amplificador operacional no inversor
no invierte la seal de salida, presenta una
ganancia mayor o igual que uno, de acuerdo al
valor que tomen las resistencias R1 y R2. La
impedancia de entrada es alta por el orden de
Megas de Ohm o ms, con lo que se garantiza una
baja potencia de entrada y la no distorsin de la
seal de entrada. Tiene una baja impedancia de
salida por el orden de milis de Omh o menos, con
lo cual se asegura que la totalidad de la seal de
salida caer en la RL.
La ganancia en un amplificador operacional no
inversor es:
Sumador Amplificador Operacional
El Circuito Sumador es un circuito muy til,
basado en la configuracin estndar del
amplificador operacional inversor. Este circuito
permite combinar mltiples entradas, es decir,
permite aadir algebraicamente dos o ms
seales o voltajes para formar la suma de dichas
seales.
La tensin de salida del Circuito Sumador se
define mediante la siguiente expresin:
Aplicaciones del circuito sumador
En un amplificador de precisin, por ejemplo, se
puede aadir un pequeo voltaje para cancelar el
error de offset del amplificador operacional.
Amplificador operacional Diferencial
El Circuito Diferencial es un circuito que realiza
la diferencia algebraica entre dos tensiones de
entrada y utiliza la amplificacin diferencial
natural del amplificador operacional. Para
realizar esta operacin, las tensiones se aplican a
ambas entradas del amplificador operacional al
mismo tiempo y la diferencia entre ellos se
amplifica. Es decir, la tensin de salida es una
constante multiplicada por la seal diferencial de
entrada.
La ecuacin que describe su voltaje de salida es:
Amplificador Operacional Seguidor de
Voltaje.
En el amplificador operacional en modo
Seguidor de Tensin, la tensin de la seal de
entrada, Vin, es igual a la tensin de salida, Vout,
es decir, la seal de salida sigue a la de entrada,
de ah su nombre. Estos circuitos tratan de
aprovechar las caractersticas de alta impedancia
de entrada y baja de salida de los amplificadores
operacionales. La tensin de salida de este
circuito se define mediante la siguiente
expresin:
III. MATERIALES.
Protoboard
Fuente dual Dc
Resistencias de valores entre 1 y 10 k
Osciloscopio
Generador de seales
Cable para protoboard
Amplificador operacional (LM 741)
IV. PROBLEMAS
1. Circuito con amplificador
operacional no inversor.
-
El anterior circuito deba cumplir los siguientes
requisitos:
Una ganancia Av de mas o menos 20 v/v y con
una seal de voltaje de entrada de 1000 Hz.
Donde cada resistencia deba estar dentro del
rango de 1k a 50k. Con este circuito se buscaba
visualizar el comportamiento de Vin y Vout, su
amplitud pico a pico y el anlisis cuando se
incrementaba la amplitud de seal.
Para hallar el valor de resistencias del circuito no
inversor fue de la siguiente manera:
=
= 20
2 = 5.6 + 5.1 + 3 + 6.8 1 = 1.2
= 1 +2
1
= 1 +5.6 + 5.1 + 3 + 6.8
1.2
= 18.08v/v Por lo cual cumple que la ganancia est
cerca de 20 v/v
Imagen No 1. Comportamiento de seales de
voltaje de entrada y salida del OPAM no
inversor con frecuencia de 1.5 KHz
Imagen No 2. Comportamiento de seales de
voltaje de entrada y salida del OPAM no
inversor con frecuencia de 2.5 KHz
Imagen No 3. Comportamiento de seales de
voltaje de entrada y salida del OPAM no
inversor con frecuencia de 1000 Hz
Imagen No 4. Funcin Caracterstica OPAM no
inversor. 2. Circuito con amplificador
operacional inversor
-
El anterior circuito deba cumplir los siguientes
requisitos:
Una ganancia Av de mas o menos 20 v/v y con
una seal de voltaje de entrada de 1000 Hz.
Donde cada resistencia deba estar dentro del
rango de 1k a 50k. Con este circuito se buscaba
visualizar el comportamiento de Vin y Vout, su
amplitud pico a pico y el anlisis cuando se
incrementaba la amplitud de seal.
Con las mismas resistencias usadas
anteriormente se comprueba que la ganancia est
cerca de ms o menos 20v/v
= 2
1
= 5.6 + 5.1 + 3 + 6.8
1.2
= 17.08 /
Imagen No 5. Funcin caracterstica OPAM
inversor.
Imagen No 6. Funcin caracterstica OPAM
inversor. 3. Circuito con seguidor de Voltaje.
Con el anterior circuito se pretenda analizar el
comportamiento OPAM en modo de seguidor de
voltaje.
Imagen No 7. Funcin caracterstica OPAM
seguidor de voltaje.
Imagen No 8. OPAM seguidor de voltaje.
4. Circuito con Sumador
amplificador operacional.
Con el anterior circuito se pretenda analizar el
comportamiento OPAM en modo de seguidor
de sumador, tomando tres o ms veces el valor
-
de los respectivos voltajes con las resistencias
que generaban los potencimetros.
Fotografa montaje circuito sumador OPAM
Vo1 (V)
Vo2(V
)
Vo3(V
) R1 R2
-11,55 -12,21 13,3
25,15
K 484,7
-11,42 -12,2 13,3 20,69k 460,3
-1,67 -12,01 13,34 3,3 355,5
-11,29 -12,03 13,33
18,07
K 199.2
Cuadro No 1. Resultados del sumador
5. Circuito con diferencial
amplificador operacional
Se deba analizar el circuito diferencial tomando
tres o ms veces los valor de V1,V2 y Vout. Y
compararlos con los datos tericos y simulados
de cada uno.
V1(V) V2(V) V0 exper
(V) V0
terico
(V)
V0 Simulad
(V)
4.9 9.1 13.96 14.33 14,9
8.16 4.54 -13.29 -13.80 -15
9.32 8.83 -3.12 -3.41 -3.41
5.27 13.13 13.97 14.20 15
Tabla de datos obtenidos del circuito diferencial
6. Circuito con seguidor de voltaje
OPAM (Segunda Practica).
Se deba observar el comportamiento del circuito
seguidor de voltaje cuando se le aumentara
paulatinamente la frecuencia, tomando en cuenta
el voltaje de entrada y tambin se deba comparar
el SR dado por el fabricante del data chip con la
frecuencia mxima antes de la no linealidad en el
circuito.
SR de un LM741 es: 0.5V
Valor pico a pico de la seal de salida que es de
15.8V
Valor mximo de voltaje o Vmax es: 7.9V
Para hallar la frecuencia mxima donde deja de
ser lineal la seal es de la siguiente manera:
=
2
=0.5
2(7.9)
= 0,01007
Imagen No 9. Funcin caracterstica OPAM
seguidor de voltaje. Con frecuencia de 1 KHz
Imagen No 10. Funcin caracterstica OPAM
seguidor de voltaje, con frecuencia de 1.5KHz
-
Imagen No 11. Funcin caracterstica OPAM
seguidor de voltaje. Frecuencia de 3KHz
Imagen No 12. Funcin caracterstica OPAM
seguidor de voltaje. Frecuencia de 8 KHz
Imagen No 13. Funcin caracterstica OPAM
seguidor de voltaje. Frecuencia de 15KHz
Imagen No 14. Funcin caracterstica OPAM
seguidor de voltaje. Frecuencia de 250 KHz
V. SIMULACIONES
Simulacin circuito no inversor1
Grafica de circuito no inversor2
Simulacin circuito inversor3
-
Simulacin circuito inversor4
Simulacin circuito seguidor de tension5
Grafica circuito seguidor de tension6
Circuito con sumador operacional 7
Circuito con diferencial amplificador operacional
8(1)
Circuito con diferencial amplificador operacional
8(2)
Circuito con diferencial amplificador operacional
8(3)
-
Circuito con diferencial amplificador operacional
8(4)
Esquemtico: Circuito con seguidor de voltaje OPAM
(Segunda Practica).9
Simulacin Circuito con seguidor de voltaje OPAM
(Segunda Practica) 10
VI. ANALISIS DE RESULTADOS.
De acuerdo a la primera parte del laboratorio se
dise el circuito con el amplificador operacional
ideal lm741 de tipo no inversora, en el cual se
deba cumplir la condicin de obtener una
ganancia cercana a 20 v/v, en este caso se obtuvo
una ganancia de 18.08v/v, la cual fue positiva por
el tipo de configuracin del circuito que
corresponde a una no inversora. Se utilizaron las
resistencias de 20.5k y 1.2k, R2 y R1
respectivamente para ser aplicadas en la frmula
de ganancia de amplificadores no inversores, lo
cual dio el resultado de la ganancia anteriormente
dicho. Al cambiar la frecuencia de la onda, no
genero cambio en el valor pico a pico de la seal
de voltaje de entrada y en la seal de voltaje de
salida, lo cual se muestra que al cambiar la
frecuencia no cambia la el valor pico a pico de la
seal. La funcin caracterstica del circuito no
inversor es de tipo lineal con pendiente positiva
porque el signo de la ganancia es positivo.
En el segundo montaje se obtuvo una ganancia -
17.08V/V, ya que la configuracin del circuito
era de tipo no inversora. Esta ganancia se obtuvo
a partir de la frmula de ganancia para
amplificadores no inversores y se utilizaron el
mismo valor de resistencias implementadas en el
anterior circuito no inversor. Se le aplico
diferentes frecuencias lo cual no genero cambio
en el valor pico a pico de cada una de las seales
de entrada y salida del circuito. La funcin
caracterstica de la configuracin de tipo
inversora se puede observar en el osciloscopio
que tiene una pendiente negativa ya que influye
en el valor de la ganancia de dicho circuito.
En el circuito de seguidor de voltaje, se le asign
un voltaje de entrada que ser el mismo de salida,
en este caso se us 9 voltios. Aplicando lo visto
en clase se presenta un corto circuito virtual
entonces se tiene que la corriente que entra por el
positivo del lm 741 es igual a cero y el voltaje en
el terminal no inversor termina siendo la misma
que en el terminal inversor por lo tanto se
evidencia que el voltaje es igual tanto a la entrada
como a la salida.
En el sumador de voltaje se puede observar que
el valor Vo3 es constante ya que no esta
directamente conectado a los potencimetros
como lo que ocurre con V01 y Vo2 que al
cambiar el valor de sus resistencia, cambian
automticamente el valor de sus voltajes de
salida.
En el circuito con diferencial amplificador
operacional al momento de alimentar con las
fuentes se evidencio que cuando se alimentaba
con V1 mayor que V2 a la salida del LM741 se
vea en el multmetro un voltaje negativo y
cuando V2 se alimentaba ms pequeo que V1
este voltaje era positivo inclusive el valor a la
salida era negativo si entre V1 y V2 haba una
diferencia de casi un voltio, este circuito realiza
una diferencia algebraica entre las dos tensiones
de entrada y la diferencia entre ellos se amplifica.
Es decir, la tensin de salida es una constante
multiplicada por la seal diferencial de entrada.
En el diferencial de voltaje se puede encontrar la
tabla de datos respectiva obtenida a partir de lo
terico, practico y simulado del circuito, donde
-
se ve claramente que sus valores de voltaje de
salida son muy cercanos en los tres mtodos que
fueron encontrados. Tambin se puede analizar
que cuando el voltaje es mayor en la entrada no
inversora, el valor del voltaje de salida es
positivo, como tambin puede ocurrir lo
contrario cuando el voltaje de entrada es mayor
en la entrada inversora con respecto a la no
inversora, su voltaje de salida es negativo.
En el seguidor de voltaje de la segunda parte de
la practica tenemos el dato de que un SR de un
LM741 es de 0.5V y tambin se tiene el valor
pico a pico de la seal de salida que es de 15.8V,
lo cual el voltaje mximo de la seal de salida es
de 7.9V basndose en los datos obtenidos
experimentalmente en el osciloscopio
A medida de que se aumentaba la frecuencia de
la seal, su valor pico a pico tambin aumentaba.
La frecuencia mxima experimentalmente fue de
250000 Hz, a partir de esta frecuencia la seal se
vuelve triangular y por lo tanto deja de ser lineal.
VII. CONCLUSIONES.
De acuerdo a lo analizado y a lo realizado en la
prctica de laboratorio de tipos de amplificadores
se puede concluir que:
Al disear un circuito con amplificador
operacional con una ganancia
especfica, se puede utilizar diversos
valores de resistencia que al ser
divididos den como resultado el valor
de la ganancia.
Cuando el valor de la ganancia del
circuito es negativo, quiere decir que se
aplic una configuracin inversora en la
conexin con el amplificador
operacional o tambin la ganancia
puede ser positiva, por lo tanto es una
configuracin no inversora.
Cuando la pendiente de la funcin
caracterstica de una seal de onda de
un circuito con amplificador
operacional es positiva, su
configuracin es tpica no inversora, en
cambio si su pendiente es negativa, su
configuracin es tpica inversora.
Al aplicar la ganancia en un circuito con
amplificador operacional ideal, la
frecuencia y el periodo de la onda que
representa el comportamiento de la
onda no cambia pero si se puede
observar el cambio en su amplitud.
En un seguidor de voltaje la tensin de
la seal de entrada o voltaje de entrada
del circuito con amplificador
operacional lineal es igual a la seal de
salida o voltaje de salida de este mismo
circuito, por lo cual la seal de entrada
sigue a la seal de salida.
Cuanto mayor sea la frecuencia, ms
pequea ser la salida y la forma de
onda ms triangular en el circuito con
amplificador operacional.
En un circuito diferencial de voltaje con
amplificadores operacionales lineales,
el valor que se le asigne a cada entrada
inversora o no inversora
respectivamente influye en el signo del
voltaje de salida, dependiendo si es ms
grande o ms pequeo en una de las dos
entradas del amplificador.
VIII. REFERENCIA.
http://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-seguidor-de-tension
http://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-diferencial
http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Sumador-Inversor.html
https://analogica1.files.wordpress.com/2012/03/opamp31.pdf
http://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-seguidor-de-tensionhttp://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-seguidor-de-tensionhttp://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-seguidor-de-tensionhttp://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-seguidor-de-tensionhttp://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-diferencialhttp://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-diferencialhttp://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-diferencialhttp://www.electronicafacil.net/tutoriales/Sumador-Inversor.htmlhttp://www.electronicafacil.net/tutoriales/Sumador-Inversor.html
