amplificadores Experimento 5

INFORME LABORATORIO-EXPERIMENTO

5/AMPLIFICADORES

Yeimy Marleidys Avila Fuentes, CC1039701984, [email protected]

Wilfrido Campo Balanta, CC94496676, [email protected]

Angelica Perez Contreras, CC1032384250, [email protected]

Abstract

Lab 1 amplifiers Check the operation of the operational amplifier through a real setting in a mounting plate circuits (breadboard) and simulators like proteus, making the assembly of a circuit using as a main component, a LM741 (operational amplifier ). Using measurement instruments, also we develop in the laboratory exercises for each of the

thematic guided by the tutor.

Resumen

Practica de laboratorio 1 de amplificadores Comprobar el funcionamiento de los amplificadores operacionales por medio de una configuracin real en una placa de montaje de circuitos (Protoboard) y simuladores como el Proteus, realizando el montaje de un circuito utilizando como principal componente un LM741 (amplificador operacional). Utilizando instrumentos de medicin, igualmente desarrollaremos ejercicios propuestos en el laboratorio para cada una de las temticas orientadas por el tutor.

1. Introduccin

Los amplificadores operacionales son utilizados en mltiples sistemas electrnicos, que permiten amplificar diferentes tipos de seales, en este laboratorio se aprender a realizar diferentes configuraciones que permiten conocer diferentes utilidades de este dispositivo entre ellos utilizacin para grabacin de sistemas electrnicos.

Originalmente el termino de amplificador operacional se utiliz en del campo de los computadores analgicos, donde se utilizaban tcnicas operacionales que para sus inicios eran avances tecnolgicos. Prcticamente el termino amplificador operacional se deriva del concepto de un amplificador de corriente directa con una entrada diferencial y alta ganancia.

Se pueden implementar diferentes aplicaciones para que el amplificador realice diferentes operaciones analgicas; en gran medida, las caractersticas globales del circuito estn

dadas por el tipo de configuracin que se le aplica (alimentacin).

2. Objetivos

2.1 Objetivos Generales

Conocer los conceptos y caractersticas de cada una de las temticas propuestas a travs de prcticas de laboratorio.

2.2 Objetivos Especficos

Comprobar el funcionamiento de los amplificadores operacionales

Aprender a manejar los instrumentos de medicin que se utilizan en el laboratorio y en algunas empresas para la medida de magnitudes.

3. Marco Terico

Experimento No.5 el Amplificador operacional

Los amplificadores operacionales, introducidos oficialmente al mercado a mediados de la dcada de 1960, son dispositivos de estado slido extremadamente verstiles y fciles de usar que se emplean como bloques constructivos bsicos de en gran variedad de circuitos electrnicos, tanto anlogos como digitales.

Un amplificador operacional puede ser conectado en lazo cerrado como un amplificador inversor o como un amplificador no inversor. En el primer caso, la seal de salida est desfasada 180 con respecto a la seal de entrada, mientras que en el segundo las dos seales estn en fase. Prcticamente todos los montajes prcticos con amplificadores operacionales estn fundamentados en estas dos configuraciones.

A continuacin examinaremos los siguientes circuitos:

4. Procedimiento

4.1 Amplificador Inversor

Donde A R2/R1 es la ganancia o funcin de transferencia del amplificador inversor el signo indica la inversin de 180 de la fase en la seal de salida. Realice el montaje y prueba del circuito amplificador inversor teniendo en cuenta los siguientes datos: Seal sinodal de entrada Vin =200mV de amplitud pico, a una frecuencia de 1khz sin componente DC (Offset = 0). R1 = 10 k y R2 = 20 k. Use el amplificador operacional llamado uA741. El valor de la fuente que alimenta al uA741 es 9 Volts DC.

4.1.1 Usando el osciloscopio visualice la seal

de entrada y salida. (Anexe las grficas

resultado de la simulacin al informe.)

4.1.2 Calcule tericamente el voltaje de salida

Vout. Coincide con el valor de Vout medido?

Aplicando las propiedades establecidas del AO ideal, las caractersticas distintivas de este circuito se pueden analizar como sigue. Puesto que el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollar su tensin de salida, V0, con tensin de entrada nula. Ya que, la entrada diferencial de A es: Vd = Vp - Vn, ==> Vd = 0.- Y si Vd = 0, entonces toda la tensin de entrada Vi, deber aparecer en R1, obteniendo una corriente en R1

Vn est a un potencial cero, es un punto de tierra virtual Toda la corriente I que circula por R1 pasar por R2, puesto que no se derivar ninguna corriente hacia la entrada del operacional (Impedancia infinita), as pues el producto de I por R2 ser igual a - V0

por lo que:

luego la ganancia del amplificador inversor:

Deben observarse otras propiedades adicionales del amplificador inversor ideal. La ganancia se puede variar ajustando bien R1, o bien R2. Si R2 vara desde cero hasta infinito, la ganancia variar tambin desde cero hasta infinito, puesto que es directamente proporcional a R2. La impedancia de entrada es igual a R1, y Vi y R1 nicamente determinan la corriente I, por lo que la corriente que circula por R2 es siempre I, para cualquier valor de dicha R2. La entrada del amplificador, o el punto de conexin de la entrada y las seales de realimentacin, es un nudo de tensin nula, independientemente de la corriente I. Luego,

esta conexin es un punto de tierra virtual, un punto en el que siempre habr el mismo potencial que en la entrada (+). Por tanto, este punto en el que se suman las seales de salida y entrada, se conoce tambin como nudo suma. Las resistencia de 20 k es una resistencia de realimentacin y la resistencia de 10 k es la resistencia de entrada las cuales nos dan la ganancia del circuito por

medio de la siguiente formula. Factor de multiplicacin por dos

Despejando

Al ser la ganancia negativa la amplificacin siempre ser negativa . Para hallar el voltaje de salida del circuito utilizamos la siguiente formula

Remplazando

Salida pico de amplificacin Factor de multiplicacin por tres

Despejando


Remplazando

Salida pico de amplificacin Factor de multiplicacin por cinco

Despejando


Remplazando

Salida pico de amplificacin Factor de multiplicacin por seis

Despejando


Remplazando

Salida pico de amplificacin

=

= = 400mV

El valor medido es aproximado al valor calculado tericamente.

4.1.3 Que concluye luego de cambiar el valor

de R2 a 50k?

Aumenta la ganancia del amplificador, de acuerdo a la frmula que tiene.

4.2 Amplificador no Inversor

Donde es la ganancia o funcin de transferencia del amplificador no inversor. Realice el montaje y prueba del circuito amplificador no inversor teniendo en cuenta los siguientes datos: Seal senoidal de entrada Vin =200mV de amplitup pico, a una frecuencia de 1khz sin componente DC (Offset=0) R1 = 10 k y R2 = 20 k. Use el amplificador operacional llamado uA741. El valor de la fuente que alimenta al uA741 es 9 Volts DC

5.2.1 Usando el osciloscopio visualice la seal

de entrada y salida. (Anexe las grficas

resultado de la simulacin al informe.

4.2.2 Calcule tericamente el voltaje de salida

Vout. Coincide con el valor de Vout medido?

En este circuito, la tensin Vi se aplica a la entrada (+), y una fraccin de la seal de salida, Vo, se aplica a la entrada (-) a travs del divisor de tensin R1 - R2. Puesto que, no fluye corriente de entrada en ningn terminal de entrada, y ya que Vd = 0, la tensin en R1 ser igual a Vi.

terminal de entrada, y ya que Vd = 0, la tensin en R1 ser igual En el amplificador inversor, la corriente a travs de

R1 siempre determina la corriente a travs de R2,

independientemente del valor de R2, esto tambin es cierto

en el amplificador no inversor. Luego R2 puede utilizarse

como un control de ganancia lineal, capaz de incrementar la

ganancia desde el mnimo unidad hasta un mximo de

infinito. La impedancia de entrada es infinita, puesto que se

trata de un amplificador ideal.

La salida est invertida

Para resistencias independientes R1, R2,... Rn

o

La expresin se simplifica bastante si se usan

resistencias del mismo valor

Impedancias de entrada: Zn = Rn

Es muy importante poner toda la atencin posible en cada instruccin y hacer especficamente lo que dicta el procedimiento para que las mediciones sean correctas.

Segn los datos y resultados obtenidos hemos concluido que para obtener resultados confiables se debe tratar de cometer el menor margen de error,

=1+

=1+ =3*200mV =600 mV

Aproximadamente igual

4.2.3 Que concluye luego de cambiar el valor

de R2 a 50k?

La ganancia del amplificador, aumenta a 6. Se duplica

respecto al anterior.

4.3. Circuito Diferenciador Este circuito tiene aplicaciones interesantes, como por ejemplo la extraccin de bordes de ondas cuadradas, tambin puede convertir una forma de onda en la equivalente a la derivada de la misma.

Montar el siguiente circuito:

4.3.1 Cul es la forma de onda que presenta

la salida R2? (Anexar grafica visualizada en el

osciloscopio).

4.3.2 Mida la diferencia de fase que existe

entre la tensin de salida con respecto a la

tensin de entrada.

Mediante las figuras de Lissajous: Las figuras de Lissajous pueden observarse en la pantalla del osciloscopio con el modo x-y (pulsando la tecla 5), de esta forma la seal del canal I se representa en el eje vertical y la del canal II en el eje horizontal. Los diagramas siguientes son los resultados de dos seales de la misma frecuencia con ngulos de desfase de 0, 35,

90 y 180.

Para hallar el ngulo de desfase entre las dos seales se mide las distancias a y b (segundo ejemplo correspondiente a 35) y se realiza el siguiente clculo: sen = a/b; = arcsen a/b

Como se encuentra hacia atrs vemos que esta

retardada

= arcsen a/b = arcsen 8/11=46.66

4.3.3 Con el generador de funciones aplique

ahora una onda cuadrada de 1Vp 1Khz de

frecuencia. Cul es el efecto producido?


ahora una onda triangular de 1Vp 1Khz de


La onda de salida resulta como una onda cuadrada

4.3.5 Porque es recomendable usar la

resistencia Rin? Para estabilizar la ganancia del circuito, es decir para uqe tenga una ganancia estable para diferentes frecuencias de entrada.

4.4 Circuito Integrador

Montar en el simulador el siguiente circuito:

4.4.1 Cul es la forma de onda que presenta

la salida? (Anexar grafica visualizada en el

osciloscopio).

4.4.2 Mida la diferencia de fase que existe

entre la tensin de salida con respecto a la

tensin de entrada.

Esta adelantada 90


ahora una onda cuadrada de 1Vp 1Khz de


El elemento realimentador en el integrador es el condensador CF. Por consiguiente, la corriente constante IF, en CF da lugar a una rampa lineal de tensin. La tensin de salida es, por tanto, la integral de la corriente de entrada, que es forzada a cargar CF por el lazo de realimentacin.


ahora una onda triangular de 1Vp 1Khz de


La medicin en el osciloscopio del circuito integrador una seal de entrada triangular, da como respuesta una onda sinusoidal

4.5. El Seguidor de Voltaje

4.5.1 Observar y comparar los circuitos A y B

Que concluye? Una fuente de voltaje construida con un divisor de voltaje solo podr Observamos que en la figura uno, al usar una resistencia muy grande, el divisor se comporta como una fuente de voltaje porque la corriente consumida es muy pequea, sin embargo en el circuito B, la corriente requerida es grande comparada con la corriente del divisor y no proporciona el valor de voltaje ideal en el divisor.

4.5.2 Ahora Observe el siguiente circuito

donde se le agrega al divisor de voltaje

anterior un amplificador operacional

configurado como seguidor de voltaje. Que

concluye? El seguidor de voltaje mantiene el valor de la salida Vout siempre constante al valor de entrada Vin (2.5V).

4.5.3 Realice el montaje del siguiente circuito

cambiando el valor de la resistencia de carga

100 por una de 50. Qu sucede?

El circuito mantiene el valor de voltaje (2.5V) an con una resistencia de 50ohms, dado que se comporta como una fuente de voltaje (la corriente requerida no afecta el voltaje suministrado).

5. Anexos de Laboratorio

Fotografias

Montaje 4.1/4.2

Montaje 4.3

Montaje 4.4

Montaje 4.5

6. Conclusiones

Con la realizacin del presente trabajo se Afianzaron los conocimientos sobre los amplificadores operacionales , y se pudo comprobar matemticamente que los resultados obtenidos en la realizacin de la parte prctica con experiencia del laboratorio Tienden a estar cercanos a los lmites matemticos, Los cuales se pueden considerar como acertados

Los amplificadores permite conocer el funcionamiento especfico de una seal cuando esta es tratada eficazmente con el propsito de aumentar su amplitud y as aumentar su frecuencia.

El conocimiento de los amplificadores nos permite modelar prototipos y realizar pruebas que permiten verificar mal funcionamiento de los dispositivos y as poder buscar mejoras a los mismos.

Los amplificadores tienen un lmite de

amplificacin y una configuracin la cual es vista,

mediante el datasheet.

8. Agradecimientos

Agradecemos la posibilidad que nos brinda la UNAD y el tutor de laboratorio que nos permite la manipulacin de

diferentes equipos y elementos que estamos utilizando, conocer los diferentes temas a realizar en el laboratorio. y adquirir ese conocimiento que estamos desarrollando en la practica en amplificadores.

Referencias

Lpez R, A. (2007) Modulo De Amplificadores Universidad Nacional Abierta Y A Distancia UNAD

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/AMPLIF

ICADOR-INVERSOR.php

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/AMPLIF

ICADOR-NO-INVERSOR.php

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacio

nal

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Sumador

-Inversor.html

http://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-

con-amplificadores-operacionales/circuito-

sumador/62-circuito-sumador

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