Reporte de Practica 2 Electronica

27
UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VICTORIA MAESTRIA EN INGENIERIA ESPECIALIDAD: MECATRONICA Materia: Electrónica Catedrático: Dr. Rodolfo Echavarría Solís Reporte: Practica 2 Integrantes del equipo: Francisco David Bazaldua Casas Matricula: 1129002 Gamaliel Contreras Castro Matricula: 1129004

description

hd

Transcript of Reporte de Practica 2 Electronica

Electrnica :Practica 2 Universidad Politcnica de VictoriaUNIVERSIDAD POLITECNICA DE VICTORIA

MAESTRIA EN INGENIERIAESPECIALIDAD: MECATRONICA

Materia: ElectrnicaCatedrtico: Dr. Rodolfo Echavarra SolsReporte: Practica 2Integrantes del equipo:

Francisco David Bazaldua Casas Matricula: 1129002 Gamaliel Contreras Castro Matricula: 1129004

Cd. Victoria, Tamaulipas, 3 de octubre de 2011

INDICE

PaginaIntroduccin----------------------------------------------------------------------------------------3 Material y Equipo----------------------------------------------------------------------------------5

Desarrollo (Resultados experimentales) Amplificador Inversor-------------------------------------------------------------------6Amplificador No Inversor-------------------------------------------------------------12

Resultados de simulacin Amplificador Inversor-----------------------------------------------------------------18Amplificador No Inversor-------------------------------------------------------------20

Conclusiones--------------------------------------------------------------------------------------22

Bibliografa ---------------------------------------------------------------------------------------23

INTRODUCCION

El objetivo de esta prctica es analizar la respuesta en frecuencia del amplificador operacional (opamp) inversor y no inversor, es decir se analizara la relacin existente entre la frecuencia de la seal de entrada y la ganancia producida, as como tambin se analizara el desfase que se produce a la salida.

Comenzaremos por definir que es un amplificador operacional (opamp):

Que es un amplificador operacional?

Un amplificador operacional (comnmente abreviado A.O. u op-amp), es un circuito electrnico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):Vout = G(V+ V)El primer amplificador operacional monoltico, que data de los aos 1960, fue el Fairchild A702 (1964), diseado por Bob Widlar. Le sigui el Fairchild A709 (1965), tambin de Widlar, y que constituy un gran xito comercial. Ms tarde sera sustituido por el popular Fairchild A741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnologa bipolar.Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones matemticas (suma, resta, multiplicacin, divisin, integracin, derivacin, etc.) en calculadoras analgicas. De ah su nombre.El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda tambin infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningn ruido. Como la impedancia de entrada es infinita tambin se dice que las corrientes de entrada son cero.

Amplificador inversorAmplifica e invierte una seal de corriente alterna. En este caso la seal alterna de entrada sale amplificada en la salida, pero tambin desfasada 180 (invertida).

Amplificador no inversor

Como observamos, el voltaje de entrada, ingresa por el pin positivo, pero como conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo y positivo, conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular, la relacin que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeo divisor de tensin. Zin = , lo cual nos supone una ventaja frente al amplificador inversor.

MATERIAL Y EQUIPO

Para la realizacin de esta prctica se utilizaron los siguientes componentes electrnicos, equipo y herramientas.

Componentes electrnicos

1 placa de pruebas (Protoboard) 2 Circuitos integrados TL082 Resistencias Varias Puentes de cable Caimanes elctricos

Equipo

Multimetro digital Fuente de voltaje Osciloscopio digital Generador de funciones

Herramientas

Pinzas de corte chicas Pinzas de punta chicas

DESARROLLO

Amplificador Inversor-Respuesta en Frecuencia

Figura 1.-Circuito Bsico del Amplificador InversorPara poder ver la respuesta en frecuencia se realiz el siguiente circuito de un amplificador inversor con el CI TL082 2 resistencias una de 1 K y una de 2.2 K como se muestra en la Figura 1. Para obtener los resultados se aplic un barrido en frecuencia a la entrada de la seal del amplificador y ver cmo cambia su salida con respecto al barrido de frecuencia.

Primero se realiz el circuito y se estimul con una seal sinusoidal de 2 volts a 10Hz para ver su respuesta a la salida la cual dio una medicin de 4.32 volts dndonos una ganancia de 2.16. Como se puede observar en la Figura 2. La ganancia no se ve afectada por la frecuencia de la seal de entrada y el amplificador sigue funcionando correctamente y de acuerdo a los clculos. Para la siguiente prueba se aument la frecuencia de la seal de entrada de 10Hz a 100Hz para tomar los valores de la salida y compararlos con los valores calculados y la simulacin. Los resultados se muestran en la Figura 3 y como se puede ver a 100Hz el voltaje de salida es de 4.56 Volts y la ganancia es de 2.28 y aun no se ve atenuada debido a la frecuencia de la seal de entrada.

Figura 2.-Seal de entrada y salida del amplificador a 10Hz.Figura 3.-Seal de entrada y salida del amplificador a 100Hz

A continuacin se aument la frecuencia de la seal de entrada de 100Hz a 1KHz para ver la respuesta del circuito a una frecuencia ms alta y ver cmo afecta est a la ganancia del amplificador y a la fase, la cual an no se ve afectada en gran medida. En la Figura 4 se puede observar que la entrada sigue siendo de un voltaje pico-pico de 2 Volts pero a 1KHz y a la salida ahora se obtiene un voltaje de 4.40 Volts pico-pico lo cual indica una ganancia de 2.2.En la siguiente Figura 5 se ve la respuesta de la salida del circuito a la misma entrada con la excepcin de que la frecuencia a cambiado de 1KHz a 10KHz. Como se puede observar a la salida la seal todava sigue aproximadamente la ganancia calculada y la fase an no se ve afectada de gran manera. Se observar una salida de 4.48 volts y la ganancia de 2.24.

Figura 5.-Seal de entrada y salida del amplificador a 10KHzFigura 4.-Seal de entrada y salida del amplificador a 1KHz

Para la siguiente prueba se aumenta la frecuencia de la seal de entrada a 100KHz para ver la respuesta del amplificador a la salida. Como se puede ver en la Figura 6 el voltaje a la salida es de 4.40 Volts y la ganancia tanto como la fase an no se ven afectadas de gran medida. Al volver a aumentar la frecuencia de 100KHz a 300KHz se puede observar que el voltaje de salida se ha visto afectado por la alta frecuencia un poco y la ganancia ya no es la misma que la que se calcul al principio. En la Figura 7 se puede observar que el voltaje de salida es de 4.24 Volts.

Figura 6.-Seal de entrada y salida del amplificador a 100KHz.

Figura 7.- Seal de entrada y salida del amplificador a 300KHz

Al aumentar la frecuencia se puede ver el cambio en el voltaje de salida el cual ya no es el mismo que se debera de tener de acuerdo a los clculos de la ganancia original si no que ahora se tiene una ganancia inferior y un desfasamiento por la alta frecuencia. En la Figura 8 se observa el voltaje de 3.76 Volts y un desfasamiento en la seal. A los 900KHz el voltaje en la salida se ha reducido drsticamente ya que la ganancia se ve afectada a la alta frecuencia de la seal de entrada. En la Figura 9 se observa el desfasamiento y el decremento en la ganancia del amplificador.

Figura 8.-Seal de la entrada y salida del amplificador a 600KHzFigura 9.-Seal de entrada y salida del amplificador a 900KHz

Para terminar la frecuencia de la seal de entrada se aument hasta que la salida presento una ganancia de 1 y el desfasamiento es tal que aunque es un amplificador inversor las 2 seales parecen ponerse en fase. En la Figura 10 se pueden observar las seales y la frecuencia de 1.64MHz.

Figura 10.-Seal de entrada y salida del amplificador a 1.64MHz

Amplificador No Inversor- Respuesta en FrecuenciaPara obtener la respuesta en frecuencia del amplificador no inversor se construy el siguiente circuito (Figura 11) usando un TL082 as como 2 resistencias de 2.2k, generador de funciones para estimular la entrada, osciloscopio y fuente para alimentar el circuito. Para obtener la respuesta se aplic un barrido de frecuencia a la seal de entrada y as ver como la ganancia y la fase se vean afectadas. Para empezar el amplificador se dise para que tuviera una ganancia de 2 y la seal de entrada es de 2 volts pico-pico y se comenz con una frecuencia de 60 Hz.

Figura 11.-Circuito Bsico de un Amplificador No Inversor

En el amplificador no inversor se aliment al principio de con una seal de 2 Volts pico-pico a 60 Hz y como se puede observar en la Figura 12 a la salida se obtiene una seal con una ganancia de 2 segn los clculos pero ya en la medicin resulto ser de 3.92 V. A continuacin se aument la frecuencia de la seal de entrada a 100Hz como se muestra en la Figura 13 y se puede observar que la seal a la salida no se ve afectada ya que la frecuencia sigue siendo relativamente baja.

Figura 13.-Seal de entrada y salida del amplificador a 100HzFigura 12.-Seal de entada y salida del amplificador a 60Hz

A la frecuencia de 1KHz el amplificador no inversor sigue comportndose de forma correcta. La salida sigue siendo de 3.92 Volts pico-pico y aun la fase no se ve afectada como se puede ver en la Figura 14. Al aumentar la frecuencia en la entrada 10 veces (Figura 15) se observa un cambio en el voltaje, sin embargo no es muy significativo ya que ms adelante el voltaje vuelve a ser el mismo que al principio.

Figura 15.-Seal de entrada y salida del amplificador a 10KHzFigura 14.-Seal de entrada y salida del amplificador a 1KHz

Aun a los 100KHz el voltaje a la salida se mantiene como se aprecia en la Figura 16. La fase an no se ve afectada en gran manera y la ganancia se mantiene. Sin embargo al aumenta ms la frecuencia a 300Khz se puede observar un cambio en el voltaje ya que la frecuencia est afectando nuestra ganancia y el amplificador ya no puede mantener la seal de salida como se observa en la Figura 17.

Figura 16.-Seal de entrada y salida del amplificador a 100KHzFigura 17.-Seal de entrada y salida del amplificador a 300KHz

A los 600KHz se puede observar un cambio en el voltaje en la salida asi como tambin en la fase de la seal. La Figura 18 muestra la entrada a 2 volts a 600KHz y como a la salida el voltaje es menor al que debera ser ya que la configuracin del amplificador es con una ganancia de 2 y sin embargo debido a la alta frecuencia el amplificador no es capaz de seguir funcionando correctamente. En la Figura 19 la seal de entrada ahora tiene una frecuencia de 900KHz y hace que la salida se vea afectada ya de gran manera al tener un voltaje menor y un desfasamiento ms visible con respecto a la seal de entrada.

Figura18.-Seal de entrada y salida del amplificador a 600KHzFigura 19.-Seal de entrada y salida del amplificador a 900KHz

Por ltimo, como se muestra en la Figura 20, la frecuencia ha sido aumentada hasta los 1.3 MHz y la seal de salida se ve afectada en gran medida ya que la ganancia calculada ya no es respetada y el voltaje es mucho menor de lo que se haba calculado, as como tambin el desfasamiento ya es ms visible con respecto a la seal de entrada.

Figura 20.-Seal de entrada y salida del amplificador a 1.3MHz

RESULTADOS DE SIMULACION

Amplificador InversorLa simulacin de los circuitos llevados a cabo en el laboratorio se realiz con el simulador de National Instruments, Multisim 11. Para el amplificador inversor se realiz el circuito siguiente (Figura 21) y se le aplic un anlisis en AC el cual desplego la respuesta en frecuencia del circuito de la ganancia y la fase como se observa en la Figura 22.

Figura 21.-Circuito del Amplificador Inversor Simulado en el Multisim 11

Grafica 1.- Respuesta en Frecuencia del Amplificador Inversor en el Multisim 11Como podemos observar en la grfica de bode al principio cuando la frecuencia no es tan grande la ganancia se mantiene y el amplificador funciona correctamente y de acuerdo a la ganancia calculada al principio. Sin embargo al ir aumentando la frecuencia se puede observar en los puntos seleccionados que la ganancia va disminuyendo y empieza a verse afectada en mayor grado cuando alcanza el orden de los 300KHz a 1 MHz y empieza a descender drsticamente haciendo que nuestra seal de entrada ya no sea amplificada de manera adecuada. En cuanto a la fase se observa que tenemos un desfasamiento inicial de 180 grados ya que se trata del amplificador inversor, sin embargo se puede observar en la grfica que entra ms aumenta la frecuencia este desfasamiento va disminuyendo y ms en el rango de 300KHz a los 1.64MHz. Lo cual hace que el amplificador no funcione ya de manera adecuada.

Amplificador No InversorDe igual forma se simulo el circuito del amplificador no inversor para realizar un anlisis en AC y ver la respuesta en frecuencia de la ganancia y la fase. EL circuito que se utilizo fue el que se ve en la figura siguiente. En la grfica se puede observar la respuesta de la ganancia y la fase en ciertos puntos de frecuencia los cuales son los mismos que se midieron en el laboratorio.

Figura 22.-Circuito del Amplificador No Inversor en el Simulador Multism 11

Como se puede observar en la grfica de la respuesta en frecuencia de la ganancia y la fase del amplificador no inversor al principio la ganancia se mantiene siempre y cuando la frecuencia no sea muy alta de la seal de entrada sin embargo esta va disminuyendo al incrementarse la frecuencia y ms al llegar al rango de los 300KHz y 1.3MHz donde empieza a disminuir muy rpido. En cuanto a la fase, las 2 seales tanto la de entrada como la de salida tienen que estar en fase y al principio as sucede ya que la frecuencia no es muy alta pero al llegar al rango de 300KHz a 1.3MHz la seal de salida se empieza a desfasar con respecto a la seal de salida.

Grafica 2.- Respuesta en frecuencia del Amplificador No Inversor en el Simulador Multism 11

CONCLUSIONES

En esta prctica fue posible apreciar de forma ms clara el efecto de la frecuencia aplicada a la seal de salida del opamp, y establecer patrones de comportamiento de los opamps inversor y no inversor a diferentes frecuencias. De esta forma fue posible apreciar como a medida que la frecuencia en la entrada aumenta la ganancia disminuye y existe un desfasamiento en la seal a la salida que no concuerda con el funcionamiento correcto de los amplificadores.

BIBLIOGRAFIA

1.-http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional

2.-http://www.unicrom.com/Tut_opamp2.asp

3.- Anlisis de circuitos en ingeniera, 7ma ed. Willian H. Hayt, Jr Jack E. Kemmerly Steven M. Durbin,Capitulo 6 El amplificador operacional.

4.- Electrnica: Teora de circuitos y dispositivos electrnicos Boylestad Nashelsky Octava Edicin, Capitulo 13 Amplificadores Operacionales.

22