Lab 4, integrador y derivador, i 2007 mhc

Instituto Tecnológico de Costa RicaEscuela de Ingeniería Electrónica

Profesor: Ing. Marvin Hernández C. Laboratorio de Circuitos Integrados Lineales. I Semestre 2007, grupo 2

Experimento Nº 4 :Integrador y Derivador.

I. Objetivos:

Al finalizar el experimento y su análisis el estudiante estará en capacidad de:

- Describir el funcionamiento de los circuitos Integrador y derivador con amplificadores operacionales, realizando un análisis matemático y eléctrico.

- Explicar la respuesta de Frecuencia del Integrador.

- Dimensionar correctamente circuitos integradotes y derivadotes prácticos.

- Explicar el comportamiento con la frecuencia del derivador, así como su estabilidad y la forma de compensación de frecuencia.

- Explicar los errores debidos a Uoffset, Ibias, Ioffset y su forma de compensación en el derivador e integrador con operacionales.

- Explicar el comportamiento de la respuesta escalón y la respuesta de frecuencia de magnitud y fase, para cada controlador P, PI, PD y PID, con operacionales.

II. Materiales y equipo:

- 1 amplificador Operacional A741- 1 placa para amplificador operacional.- 2 fuentes de CD.- 1 Generador de funciones.- ORC- Multímetro.- Resistencias: 150, 220, 2K, 2.2K, 8.2K, (2) 10K, 100K, 1M.- Potenciómetro de 1K.- Condensadores: 100nf, 0.1f, 0.47f.

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Profesor: Ing. Marvin Hernández C. Laboratorio de Circuitos Integrados Lineales. I Semestre 2007, grupo 2III. Procedimiento:

3.1 INTEGRADOR, CARACTERÍSTICAS GENERALES.

3.1.1 Para el circuito de medición de la figura #1, con R=2K.3.1.2 Obtenga la señal de salida del integrador, Usal, para una señal de entrada

Rectangular Uent=2Vpp, f=600Hz. Dibuje las señales Usal en fase con Uent.3.1.3 Coloque R=220, con Uent de 2Vpp, rectangular y una frecuencia de 600Hz.

Observe y anote.3.1.4 Remueva Rc. Observe y anote lo que sucede con Usal. (use acople CD).

3.2 INTEGRADOR, RESPUESTA DE FRECUENCIA.

3.2.1 Para el circuito de medición de la figura #1, Con una señal de voltaje senoidal de entrada, ajuste a un valor que no sature el operacional. Mida y grafique la ganancia de tensión, Av=Usal/Uent y el ángulo de fase , entre las señales de salida y entrada para las frecuencias de 10Hz a 1KHz. R=2K y Rc=100K.

3.2.2 Calcule la frecuencia de corte, fc, hasta la cual la ganancia de tensión Av, es máxima y la frecuencia de transición, ft, para la cual Av=1.

3.3 DERIVADOR, CARACTERÍSTICAS GENERALES.

3.3.1 Para el circuito de medición de la figura #2, con R1=0. ¿Qué señal debe obtenerse en Usal si Uent es una señal rectangular?. Justifique.

3.3.2 Compruebe en forma práctica su conclusión del punto anterior, en el circuito de la figura #2, con R1=0.Utilice una señal de entrada Uent=5Vpp con una frecuencia de f=1KHz. Mida y grafique Uent y Usal en fase correcta.

3.3.3 Añada un potenciómetro en R1 y modifique su valor en un rango de 100 a 1K aproximadamente, hasta que las oscilaciones hayan cesado. Deje R1 ajustado en este valor para el resto de las mediciones. Mida y anote el valor de R1(potenciómetro).

3.3.4 Con Uent=5Vpp, manteniendo la amplitud constante, varíe la frecuencia. Observe y anote que sucede.

3.3.5 Con una frecuencia de f=1KHz, manteniéndola constante, varíe la magnitud del voltaje de entrada, Uent. Observe y anote que sucede.

3.3.6 Deduzca, la forma de onda a la salida cuando se aplica una señal triangular a la entrada. (no considere R1 en su análisis).

3.3.7 Aplique una señal triangular de entrada, Uent=4Vpp. Dibuje Uent y Usal para f=500Hz y f=625Hz. Observe la amplitud de la tensión de salida Usal en cada caso. Anote sus conclusiones.

3.3.8 Mida y grafique en fase correcta Uent y Usal con una señal de entrada senoidal de 2Vp y una frecuencia de 500 Hz.

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3.4 DERIVADOR, RESPUESTA DE FRECUENCIA.

3.4.1 Obtenga y grafique la ganancia de tensión Av=Usal/Uent en función de la frecuencia y el ángulo de fase , entre Usal y Uent en función de la frecuencia. Considere la señal de entrada senoidal, con R1=0. establezca un rango de frecuencias adecuado para las mediciones de forma tal que obtenga unas gráficas representativas.

3.4.2 Repita el punto anterior, 3.4.1, esta vez con R1=100.

3.5 CONTROLADORES P, PI, PD Y PID CON AMPLIFICADORES OP.

3.5.1 Para cada uno de los circuitos controladotes de la figura #3, obtenga la respuesta a un escalón y la respuesta de frecuencia como sigue:

3.5.2 Respuesta al escalón:3.5.2.1 Aplique una señal cuadrada de 2Vpp y con una frecuencia de 100Hz.3.5.2.2 Dibuje para cada circuito la tensión de entrada Uent y la tensión de salida

Usal en fase correcta.

3.5.3 Respuesta de frecuencia:3.5.3.1 Aplique una señal senoidal de 2Vpp a la entrada.3.5.3.2 Mida la tensión de salida Usal para distintas frecuencias manteniendo la

amplitud de la señal de entrada constante.3.5.3.3 Grafique la ganancia de tensión, Av y el ángulo de fase , en función de la

frecuencia.

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IV. Circuitos de medición:

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V. Cuestionario:

5.1 Exprese la ecuación de la tensión de salida para el circuito integrador de la figura #1.

5.2 ¿Qué sucede con la tensión de salida cuando es removido Rc del circuito integrador?. Justifique con base en sus resultados.

5.3 ¿Qué función cumple Rc en el circuito Integrador?.5.4 Para el integrador con Rc, ¿Cuál es el ámbito de frecuencia de operación, en

función de R, C, y Rc?.5.5 Describa el comportamiento de la respuesta de frecuencia del circuito

integrador.5.6 Investigue cómo obtener un generador senoidal y cosenoidal. (Oscilador en

Cuadratura).5.7 ¿Cómo puede interpretarse el factor 1/RC en el integrador simple?.5.8 ¿Cuál es el término de error, en la salida del integrador introducido por Ioffset,

Ibias y Uoffset del operacional?. ¿Cómo puede minimizarse?.

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Profesor: Ing. Marvin Hernández C. Laboratorio de Circuitos Integrados Lineales. I Semestre 2007, grupo 25.9 ¿De qué factores depende la magnitud del impulso en los puntos 3.3.4 y 3.3.5

del procedimiento?.5.10 Exprese la ecuación de la tensión de salida para el circuito derivador de la figura

#2. No considere para el caso R1.5.11 Verifique matemáticamente los resultados obtenidos en los puntos 3.3.7 y 3.3.8.5.12 Analice los términos de error en la salida debido a Ioffset, Ibias y Uoffset del

operacional en el derivador. ?. ¿Cómo puede minimizarse su efecto?.5.13 Para el circuito derivador, con R1 eliminando las oscilaciones, ¿Cuál es el

ámbito de frecuencia de operación, en función de R, C, y R1?.5.14 Para cada uno de los circuitos Controladores P, PI, PD y PID, verifique que la

tensión de salida, corresponde a la respuesta escalón que implica la entrada. ¿Cómo cambia para cada caso?.

5.15 Describa la respuesta de frecuencia, en magnitud y fase, obtenida para cada uno de los controladores P, PI, PD, y PID.

5.16 Investigue aplicaciones prácticas para cada uno de los controladores P, PI, PD, y PID, con amplificadores operacionales.

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