Reporte práctica 5

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Instituto Tecnolgico de Tuxtla Gutirrez Amplificadores operacionales

Instituto Tecnolgico de Tuxtla Gutirrez. Amplificadores operacionales. siINSTITUTO TECNOLGICO DE TUXTLA GUTIRREZ.

ASIGNATURA: AMPLIFICADORES OPERACIONALES.

EQUIPO: 1

CATEDRTICO:ING. SNCHEZ RODRGUEZ FRANCISCO RAMN

INTEGRANTES: BETANZOS HERNNDEZ LEONARDO DE JESS DE LOS SANTOS BOJRQUEZ HERBERT RAFAEL LIMONES PREZ LUCA MORALES GONZLEZ CSAR ARSENIO VELASCO BONIFAZ NGEL DAVID

PRCTICA 5.- Parmetros bsicos del Amplificador Operacional.

Fecha de realizacin: 08/Oct/2013 Fecha de entrega: 15/Oct/2013

Tuxtla Gutirrez, Chiapas. Laboratorio de Ing. Electrnica.OBJETIVO: Medir la ganancia Av y el voltaje de salida de un circuito retroalimentado.

MARCO TERICO:

Como se ha mencionado antes el A.O. 741 es un C.I. que realiza operaciones aritmticas y de clculo, no maneja corrientes altas, por lo que no es bueno para potencia, su velocidad es de 1MHz, por lo que es lenta. La salida depende de la diferencia de tensin en sus entradas. A es una constante para cada amplificador y sus valores son muy altos (infinitos), por lo que se suele utilizar retroalimentaciones para controlar su ganancia. Segn como sea este circuito se tendrn varias configuraciones de amplificador. Para esta prctica se mencionaran solo tres: Sumador-Restador, Integrador y finalmente Derivador.

Sumador Restador (R-C): Se puede usar el A.O. para sumar varias seales en la entrada inversora y hacer la diferencia de la suma de varias seales en la entrada no inversora, por lo que Vo = V1 + V2 V3 V4, donde la suma de las ganancias del lado inversor debe ser igual a la suma de las ganancias del lado no inversor para que el circuito est balanceado. Algunas aplicaciones del S-R ms importantes est en la simulacin de ejercicios simultneos y circuitos elctricos diferenciales.

Figura 1.- Configuracin del A.O. como sumador-restador.

Integrador: Este circuito proporciona en su salida una tensin Vo que es proporcional a la integral de la seal de entrada Vs, usando LCK se tiene que el voltaje de salida del integrador ir disminuyendo desde 0 hasta -VSAT; tambin se conoce como un filtro pasa bajos y hasta su frecuencia de corte se comporta como integrador; es til en instrumentacin, por ejemplo en un acelermetro nos devuelve una seal proporcional a la aceleracin de un objeto, integrando se obtiene la velocidad y volviendo a integrar la posicin.

Figura 2.- Configuracin del A.O. como integrador.

Derivador: En la salida (Vo) se obtiene la derivada de la seal de entrada (Vi), respecto al tiempo, multiplicada por una constante (RC), se basa en un inversor donde la R1 es sustituido por un condensador para poder realizar esta operacin. El derivador es tambin un filtro de pasa altos; de 0-Fc la salida es 0, despus de la Fc, el circuito est derivando.

Figura 3.- Configuracin del A.P. como derivador.

SIMULACIN DE CIRCUITOS:

Figura4.- Simulacin del A.O. como S-R con valores ideales.

Figura 5.- Simulacin del A.O. como S-R con valores comerciales.

Figura 6.- Simulacin del A.O. como S-R con valores reales.

Figura 7.- Simulacin del A.O. como integrador con valores ideales y comerciales.

Figura 8.- Simulacin del A.O. como integrador con valores reales.

Figura 9.- Simulacin del A.O. como derivador con valores ideales comerciales.

Figura 11.- Simulacin del A.O. como derivador con valores reales.

MATERIALES:

Fuente simtrica regulable de +15 y 15V. Amplificador operacional UA741. Resistencias de diversos valores. Protoboard. Multmetro digital. Cable estaado. Osciloscopio. Generador de funciones. 3 Fuentes de alimentacin regulable.

OBSERVACIONES DEL DESARROLLO:

Al inicio de la sesin se pidieron 3 generadores de funciones configurados para obtener 300, 200 y 100 mV, debido a que para el circuito Sumador-Restador es necesario el uso de 4 generadores y solo se contaba con 3 se recurri a un cargador de celular con salida de 5V para la ltima entrada, se conecto el circuito en el protoboard con las respectivas alimentaciones y se observo la salida en el multmetro, obteniendo un voltaje de salida de 4.68V, cosa que es correcta debido a que en el pin inversor del A.O. 741 se sumaron las seales de 300 y 200 mV y en la no inversora se sumaron los 5V con los 100mV, obteniendo as en la salida la diferencia de ambas seales.

Una vez finalizada la medicin del circuito S-R, se arm el circuito derivador, donde se utiliz un capacitor de polister de 1F y una resistencia de 1.5k para poder realizar esta operacin, se calibr el osciloscopio correctamente y se configur el generador de funciones, sin embargo, al visualizar la salida en el osciloscopio se observaban ondas senoidales a bajas frecuencias, cosa que es errnea en la teora y demostraba que no estaba funcionando correctamente, por lo que se revis en el osciloscopio la salida del generador de funciones mostrando una onda casi senoidal debido a que en el generador de funciones tenamos al mximo el nivel del offset, por lo que se atenuaba la seal del generador, una vez arreglado ese problema se visualizo de nuevo en el osciloscopio la salida del A.O. pero an as segua mostrando la misma onda senoidal a bajas frecuencias, por lo que se cambio el capacitor 2 veces y tambin el A.O.

Fue hasta que se cambio de lugar el circuito que ya funciono, por lo que se llego a la conclusin de que el problema era el protoboard, una vez comprobado que en un circuito derivador a bajas frecuencias la salida es cercana a 0 y llegando a las altas frecuencias la salida del A.O. comienza a aumentar hasta llegar a 3 dB y despus ir aumentando, es ah donde el circuito ya realizo la operacin de derivacin.

Despus de terminar con el circuito derivador, se cambio de lugar el capacitor y la resistencia para poder obtener el integrador con los mismos componentes, y al conectar ya no se present algn otro problema y se comprob que a bajas frecuencias se mantiene constante y al llegar a la frecuencia de corte que era de 1 kHz comienza a decrecer, finalizando as esta prctica.

TABLAS:En la siguiente tabla se registraron los valores ideales, comerciales y reales de las resistencias utilizadas en el sumador-restador, as como los clculos y valores para las ganancias de voltaje, y los voltajes de salida ideales y el obtenido en el laboratorio.

Valores de resistencias ideales.Valores de resistencias comercialesValores de resistencias reales medidas.Av idealesAv reales calculadasVi idealesVi realesVo idealVo aproximado calculadoVo real observado

Rf = 100kRf = 100kRf = 100.3 kNANANANA4.4V4.3853V4.58 V

Rf = 100kRf = 100kRf = 99.5 kNANANANA

R1 = 25 kR1 = 22 kR1 = 21.59 k44.64300mV299mV

R2 = 50 kR2 = 47 kR2 = 47.1 k22.1295200mV203V

R1 = 10 kR1 = 10 kR1 = 9.91 k1010.040100mV99mV

R2 = 100 kR2 = 100 kR2 = 98.2 k11.02325V5.10V

Rx = 20 kRx = 22 kRx = 21.7 k54.620V0V

Tabla 1.- Valores de resistencias, ganancias en voltaje, voltajes de entrada y voltajes de salida considerados durante el desarrollo de la prctica (valores ideales, comerciales, calculados y reales).

Vi = 1Vp

Circuito derivadorCircuito integrador

Frecuencia (Hz)Vo (Vp)Frecuencia (Hz)Vo (Vp)

1000.11001

5000.55000.9

6000.66000.9

10000.6910000.82

10k0.7510k0.70

100k0.84100k0.5

Tabla 2.- Valores de voltajes obtenidos en los circuitos derivador e integrador al variar la frecuencia de 100Hz a 100kHz. GRFICAS:

MEDICIONES: Figura x: Observacin de la seal de entrada y la seal de salida del circuito derivador. Al llegar a la frecuencia de corte (aprox. 1Khz), el voltaje de salida es 0.7071 el voltaje de entrada, y se desfasan 45.

Figura x: Observacin de la seal de entrada y salida del circuito integrador. Se observa una pequea atenuacin en la seal de salida y un desfase de aprox. 45. Al incrementar la frecuencia y llegar a la de corte, el voltaje de salida es 0.7071 el voltaje de entrada, y al incrementar mas la frecuencia, el Vo se sigue atenuando.

Figura x: Comportamiento del circuito derivador al introducir una onda triangular. Al incrementar la frecuencia, la onda triangular se transforma en cuadrada.

Figura x: Montaje y medicin del circuito sumador-restador.

OBSERVACIONES:Durante el desarrollo de esta prctica se observ el comportamiento del amplificador operacional UA741, en sus configuraciones de sumador-restador, derivador e integrador. Se observ con ayuda del osciloscopio, los efectos que se produce tanto en el integrador como en el derivador al incrementar la frecuencia de oscilacin del circuito, y cmo se transforman las seales triangulares en cuadradas y viceversa.Durante la realizacin de la parte del circuito sumador-restador, se realizaron clculos tericos de la suma de voltajes tanto en la entrada inversora como en la no inversora, y al realizar el montaje completo del circuito, se compararon los resultados con el voltaje de salida obtenido (real). As mismo, se observ el desfase entre las seales del integrador y derivador al alcanzar su frecuencia aproximada de corte. Este resultaba ser de aproximadamente 45.

CONCLUSIONES:Con esta prctica se pudo llegar a varias conclusiones: Las condiciones principales para que funcione el sumador-restador, es que ambas resistencias de retroalimentacin sean iguales, as como mantener balanceadas las ganancias en voltaje tanto de la entrada inversora como de la no inversora. Para obtener un buen voltaje de salida en el sumador-restador, los voltajes de entrada deben ser pequeos, del orden de mV. El circuito integrador es un filtro pasa bajos, mientras que el circuito derivador es un filtro pasa altos. El voltaje de sa