Reporte práctica 5

Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez. Amplificadores operacionales.

si

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZ.

ASIGNATURA:

AMPLIFICADORES OPERACIONALES.

EQUIPO: 1Práctica 3.- Parámetros básicos del Amplificador Operacional.


CATEDRÁTICO:

ING. SÁNCHEZ RODRÍGUEZ FRANCISCO RAMÓN

INTEGRANTES:

BETANZOS HERNÁNDEZ LEONARDO DE JESÚS DE LOS SANTOS BOJÓRQUEZ HERBERT RAFAEL LIMONES PÉREZ LUCÍA MORALES GONZÁLEZ CÉSAR ARSENIO

Práctica 3.- Parámetros básicos del Amplificador Operacional.


VELASCO BONIFAZ ÁNGEL DAVID

PRÁCTICA 5.- Parámetros básicos del Amplificador Operacional.

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

Tuxtla Gutiérrez, Chiapas. Laboratorio de Ing. Electrónica.

OBJETIVO:



Medir la ganancia Av y el voltaje de salida de un circuito retroalimentado.

MARCO TEÓRICO:

Como se ha mencionado antes el A.O. 741 es un C.I. que realiza operaciones aritméticas y de cálculo, 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 tensión 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. Según como sea este circuito se tendrán varias configuraciones de amplificador. Para esta práctica se mencionaran solo tres: Sumador-Restador, Integrador y finalmente Derivador.

Sumador – Restador (R-C): Se puede usar el A.O. para sumar varias señales en la entrada inversora y hacer la diferencia de la suma de varias señales 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 esté balanceado. Algunas aplicaciones del S-R más importantes está en la simulación de ejercicios simultáneos y circuitos eléctricos diferenciales.

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

Integrador: Este circuito proporciona en su salida una tensión Vo que es proporcional a la integral de la señal de entrada Vs, usando LCK se tiene que el



voltaje de salida del integrador irá disminuyendo desde 0 hasta -V SAT; también se conoce como un filtro pasa bajos y hasta su frecuencia de corte se comporta como integrador; es útil en instrumentación, por ejemplo en un acelerómetro nos devuelve una señal proporcional a la aceleración de un objeto, integrando se obtiene la velocidad y volviendo a integrar la posición.

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



Derivador: En la salida (Vo) se obtiene la derivada de la señal 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 operación. El derivador es también un filtro de pasa altos; de 0-Fc la salida es 0, después de la Fc, el circuito está derivando.

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



SIMULACIÓN DE CIRCUITOS:

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



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



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



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



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



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



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



MATERIALES:

Fuente simétrica regulable de +15 y 15V. Amplificador operacional UA741. Resistencias de diversos valores. Protoboard. Multímetro digital. Cable estañado. Osciloscopio. Generador de funciones. 3 Fuentes de alimentación regulable.



OBSERVACIONES DEL DESARROLLO:

Al inicio de la sesión 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 recurrió a un cargador de celular con salida de 5V para la última entrada, se conecto el circuito en el protoboard con las respectivas alimentaciones y se observo la salida en el multímetro, 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 señales de 300 y 200 mV y en la no inversora se sumaron los 5V con los 100mV, obteniendo así en la salida la diferencia de ambas señales.

Una vez finalizada la medición del circuito S-R, se armó el circuito derivador, donde se utilizó un capacitor de poliéster de 1µF y una resistencia de 1.5kΩ para poder realizar esta



operación, se calibró el osciloscopio correctamente y se configuró el generador de funciones, sin embargo, al visualizar la salida en el osciloscopio se observaban ondas senoidales a bajas frecuencias, cosa que es errónea en la teoría y demostraba que no estaba funcionando correctamente, por lo que se revisó en el osciloscopio la salida del generador de funciones mostrando una onda casi senoidal debido a que en el generador de funciones teníamos al máximo el nivel del offset, por lo que se atenuaba la señal del generador, una vez arreglado ese problema se visualizo de nuevo en el osciloscopio la salida del A.O. pero aún así seguía mostrando la misma onda senoidal a bajas frecuencias, por lo que se cambio el capacitor 2 veces y también el A.O.

Fue hasta que se cambio de lugar el circuito que ya funciono, por lo que se llego a la conclusión 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 después ir aumentando, es ahí donde el circuito ya realizo la operación de derivación.

Después 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 presentó algún otro problema y se comprobó que a bajas frecuencias se mantiene constante y al llegar a la frecuencia de corte que era de 1 kHz comienza a decrecer, finalizando así esta práctica.

TABLAS:En la siguiente tabla se registraron los valores ideales, comerciales y reales de las resistencias utilizadas en el sumador-restador, así como los cálculos 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 comerciales

Valores de resistencias

reales medidas.

Av ideales

Av reales calculadas

Vi ideales

Vi reales

Vo ideal Vo aproximado

calculado

Vo real observado

Rf = 100kΩ Rf = 100kΩ Rf = 100.3 kΩ NA NA NA NA 4.4V 4.3853V 4.58 VRf’ = 100kΩ Rf’ = 100kΩ Rf’ = 99.5 kΩ NA NA NA NAR1 = 25 kΩ R1 = 22 kΩ R1 = 21.59 kΩ 4 4.64 300mV 299mVR2 = 50 kΩ R2 = 47 kΩ R2 = 47.1 kΩ 2 2.1295 200mV 203VR1’ = 10 kΩ R1’ = 10 kΩ R1’ = 9.91 kΩ 10 10.040 100mV 99mV

R2’ = 100 kΩ R2’ = 100 kΩ R2’ = 98.2 kΩ 1 1.0232 5V 5.10VRx = 20 kΩ Rx = 22 kΩ Rx = 21.7 kΩ 5 4.62 0V 0V

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



Vi = 1VpCircuito derivador Circuito integrador

Frecuencia (Hz) Vo (Vp) Frecuencia (Hz) Vo (Vp)100 0.1 100 1

500 0.5 500 0.9

600 0.6 600 0.9

1000 0.69 1000 0.82

10k 0.75 10k 0.70

100k 0.84 100k 0.5

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

GRÁFICAS:



MEDICIONES:



Figura x: Observación de la señal de entrada y la señal 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: Observación de la señal de entrada y salida del circuito integrador. Se observa una pequeña atenuación en la señal 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 medición del circuito sumador-restador.

OBSERVACIONES:



Durante el desarrollo de esta práctica se observó el comportamiento del amplificador operacional UA741, en sus configuraciones de sumador-restador, derivador e integrador. Se observó con ayuda del osciloscopio, los efectos que se produce tanto en el integrador como en el derivador al incrementar la frecuencia de oscilación del circuito, y cómo se transforman las señales triangulares en cuadradas y viceversa.Durante la realización de la parte del circuito sumador-restador, se realizaron cálculos teóricos 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). Así mismo, se observó el desfase entre las señales del integrador y derivador al alcanzar su frecuencia aproximada de corte. Este resultaba ser de aproximadamente 45°.

CONCLUSIONES:



Con esta práctica se pudo llegar a varias conclusiones: Las condiciones principales para que funcione el sumador-restador, es que ambas

resistencias de retroalimentación sean iguales, así 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 pequeños, 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 salida del circuito derivador es directamente proporcional al producto de la resistencia de retroalimentación y el capacitor, mientras que el voltaje de salida del integrador es inversamente proporcional al producto de la resistencia Rf y el capacitor utilizado.



Para los circuitos integrador e inversor, el voltaje de salida es 0.7071 veces el voltaje de entrada cuando se alcanza la frecuencia de corte, y se observa un desfase entre señales de 45°.

Tanto el circuito derivador como el integrador, pueden transformar una señal de entrada triangular en una onda cuadrada, y viceversa. El cambio e forma de onda se observa al incrementar la frecuencia exponencialmente.

Ambos circuitos tienen amplias aplicaciones para dejar pasar ciertos niveles de frecuencia, ya sea como filtros pasa altos o pasabajos.


Reporte práctica 5

Documents

Transcript of Reporte práctica 5