[Escribir el ttulo del documento]Laboratorio de Circuitos Elctricos ICIRCUITOS ELECTRICOS IPrctica #6

NOMBRES: Carrera David, Oviedo Michelle, Reinoso MarioFECHA: 2015-06-19NRC: 2388TEMA: El Amplificador Operacional

1.- OBJETIVOS:

Verificar el principio de funcionamiento de un amplificador operacional. Analizar algunas aplicaciones bsicas con el amplificador operacional. Familiarizarse con el uso de instrumentos de medida.

2.- EQUIPO NECESARIO:

Generador de seales Fuente DC. Osciloscopio. Protoboard Multmetro Cables conductores Resistencia, capacitores y amplificadores operacionales.

3.- PROCEDIMIENTO:

1.- Construya en el Protoboard cada uno de los circuitos analizados en el trabajo preparatorio.Muestre simultneamente las seales de entrada y salida en un osciloscopio. Dibuje las formas de onda obtenidas en una hoja de papel milimetrado y presntelas al instructor.

B.- ANALISIS DE RESULTADOS:

B.1.- Analice y compare las formas de onda obtenidas en la prctica con los resultados obtenidos en el trabajo preparatorio. Comente dicha comparacin.

Referente al circuito 1, el voltaje de salida (Vpp) experimental equivalente a 4.16 V. difiere del terico igual a -4.3 V. en 3.255%; mientras que el signo caracterstico del circuito sumador se expresa a travs de la inversin de la curva sinusoidal de salida respecto de la seal de entrada.A travs de la escala en el eje correspondiente al tiempo, equivalente a 100 us., observamos que el perodo de la seal de entrada corresponde aproximadamente a 330 us., lo que genera una frecuencia de salida equivalente a 3.030 kHz y concuerda 3.02 kHz, que es el valor obtenido experimentalmente del osciloscopio.

En el circuito 2, el valor terico del voltaje de salida (5t V.) , concuerda con el obtenido ya que el Vpp mostrado por el instrumento fue 520 mV., el cual se obtiene al multiplicar el voltaje de entrada (5.12 V.) por el tiempo (100 ms.). El perodo equivalente para el circuito fue 310 us., provocando una frecuencia resultante equivalente a su inverso (3.013 k Hz).De esta forma comprobamos que al emplear el circuito integrador, la seal de respuesta no se invierte ya que mantiene su perodo respecto a la de entrada; sin embargo modifica la su forma en relacin a las caractersticas de la seal inicial.Para analizar claramente las formas de onda de las seales de entrada y salida, es necesario colocarlas en fase sobre el mismo eje, converger el inicio de la onda hacia el punto de interseccin de los ejes, para facilitar la medicin del perodo y caractersticas de inversin en determinados casos.El circuito 3, present similares caractersticas referentes a las formas de onda obtenidas respecto al circuto1; ya que tambin representa un circuito sumador que expresa su ganancia, o relacin respecto al voltaje de entrada y salida, a travs de magnitudes negativas indicando la inversin de la forma de onda constante.El error entre el valor terico (-8.33V.) y el experimental (8 V.) equivale al 3.99%, esto debido a errores de calibracin al establecer las magnitudes necesarias en las fuentes de voltaje continuo y alterno.Las curvas referentes a las seales de entrada y salida presentan un perodo equivalente a 320us., generando una frecuencia para la seal de salida igual a 3125Hz, que es un valor muy cercano al obtenido en la prctica, equivalente a 3012 Hz.A travs de los tres circuitos, comprobamos que la ganancia de un circuito con amplificador operacional real debe ser finita. Adicionalmente, muchos errores presentados son provocados por ciertas interferencias acsticas presentes al momento de realizar las mediciones. Tambin es importante conocer las caractersticas tcnicas de los amplificadores operacionales empleados, su polarizacin y distribucin de pines; ya que la seal generada por el osciloscopio es muy sensible ante este tipo de variaciones. C.- CUESTIONARIO: 1.- Anote parmetros tcnicos importantes de un amplificador operacional que deben ser tomados en cuenta al momento de utilizarlos en un proyecto. El amplificador operacional (AO) es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, lo cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo de tierra.

Cuando se utilizan amplificadores operacionales, se indica que stos deben de funcionar con dos tipos de tensin: una positiva y otra negativa.Esto podra no ser un problema si se tiene ms de una fuente, pero en equipos porttiles es normal que slo se utilice una fuente de tensin (como una batera o pila)Para lograrlo se elimina la fuente de tensin negativa y se implementa una divisin de tensin. Ver que con esta divisin de tensin se elev el nivel de tensin que antes era 0 voltios y ahora tiene un valor igual a la mitad del valor de la fuente de alimentacin utilizada.

La divisin de tensin se implementa con dos resistencias R3 y R4 y es aplicada a la entrada no inversora.La tensin sobre R4 establece la tensin de polarizacin aplicada a la entrada no inversora y produce un desplazamiento en el nivel de tensin en CC a la salida del amplificador. Ver la siguiente figura.La tensin de salida ser, de esta manera, similar a la salida original con dos fuentes de tensin, pero desplazada en nivel en una cantidad igual a la tensin de polarizacin (5 voltios si se supone que R3 = R4).La tensin de polarizacin de obtiene con la siguiente frmula:Vpolarizacin = R4 / (R3 + R4) x Vfuente alimentacinLa ganancia se obtiene con las frmulas: Av = - Vo / Vin = - R2 / R12.- Investigue las caractersticas de amplificadores operacionales distintos a los utilizados en esta prctica.

Los amplificadores operacionales fueron desarrollados para realizar operaciones matemticas con circuitos electrnicos.

Son circuitos analgicos que bsicamente constan de tres etapas: 1) Dos entradas que son diferenciales entre si. 2) Una etapa de ganancia DC intermedia. 3) Una etapa de salida push-pull

Las entradas poseen una muy alta impedancia y por el contrario, su salida presenta una muy baja por lo que la corriente entregada a la carga es grande. Antes aclaremos el trmino push-pull. ste se refiere a un tipo de circuito electrnico que es capaz de manejar corrientes tanto positivas como negativas en su carga.

En ciertos dispositivos, como los microcontroladores por ejemplo, podemos asimilar un terminal push-pull como un pin que puede funcionar como una entrada (corriente negativa) o una salida (corriente positiva).

3.- Investigue otras aplicaciones con circuitos ms complejos que utilizan amplificadores operacionales.

Estos dispositivos son usados mediante las configuraciones circuitales, que cumplen una serie de funciones caractersticos, tales como: el circuitos: inversor, no inversor, sumador inversor, sumador no inversor, derivadores de seal, integradores de seal, de instrumentacin, de acondicionador de seales, conversor digital anlogo, conversor anlogo digital, comparadores de seal, diferenciales, filtros activos, etc.

Las limitaciones de amplificacin estn dadas por el voltaje de saturacin de los Opamps, que segn el fabricante llegan alrededor de los 14VDC cuando los niveles de alimentacin estn en un 15VDC.

El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propsito general el cual tiene capacidad de manejo de seal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante; tiene adems lmites de seal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificacion tambin definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100dB.El A.O es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, lo cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo de tierra (o el punto de referencia que se considere).El nombre de Amplificador Operacional proviene de una de las utilidades bsicas de este, como lo son realizar operaciones matemticas en computadores analgicos (caractersticas operativas).

D.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

En la prctica de laboratorio, pudimos comprender el principio de funcionamiento de los amplificadores operacionales, con la ayuda de explicaciones por parte del instructor, y de los data sheet de los amplificadores los cuales nos daban informacin sobre la distribucin de los pines y ciertas caractersticas, como por ejemplo que los voltajes mximos que se los poda aplicar era de 15 v. Llegamos a la conclusin que una de las utilidades bsicas de los amplificadores operacionales, son la de realizar operaciones matemticas en computadores analgicos, las caractersticas operativas, como por ejemplo, Suma, Resta, Multiplicacin, Divisin, Integracin, Derivacin, etc. Gracias a la prctica realizada en el laboratorio, llegamos a aclarar nuestros conceptos sobre los amplificadores operacionales, ya que al observar en el osciloscopio, pudimos ver que al ser un circuito sumador, inversor, las seales conservan su onda sinodal pero modificando su amplitud, y lo ms importante es que no puede existir desfases, y si existen es porque en el circuito algo no est bien. Comprendimos, que en los circuitos realizados con los amplificadores, la seal de entrada no puede ser igual a la seal de salida, esto quiere decir que en el circuito existe alguna falla o que el amplificador est averiado, ya que no est cumpliendo su funcin operacional. Se pudo observar, que en el circuito, realizado con amplificadores que cumpla la operacin de integracin, que la seal cuadrada que entraba al amplificador gracias al generador de seales, el circuito haca a este en seal triangular, en la salida, y asi observando, el verdadero uso de estos amplificadores en cada uno de los circuitos. Se aclar nuestros conceptos sobre los amplificadores operacionales, sabiendo que son dispositivos lineales de propsito general el cual tiene la capacidad de manejo de seal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante, y adems que se caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta. Es recomendable antes de armar el circuito en el Protoboard, realizar una revisin de la placa, verificando que est en buen estado, no est quemado, o cargado, ya que en la prctica puede ocasionar, alteraciones en las seales, sobre todo en la de salida, ya que puede provocar una ganancia demasiado extensa, o bien obtener una seal distorsionada. Tambin se recomienda, que al armar un circuito que contenga dos generadores de seal, armarlo de tal forma que el circuito quede con una sola, ya que en el laboratorio, solo contamos con una sola. Las puntas de osciloscopio, son fundamentales en esta prctica de laboratorio, por lo que es recomendable primero comprobar su correcto funcionamiento, y adems llevar varias puntas, ya que si una no sirve se la puede cambiar por otra y no interrumpir el proceso de las seales. Pudimos analizar la distribucin de pines en un amplificador operacional conociendo, que el amplificador LM324, consta de 14 pines, en los cuales en el pin uno se encuentra Vo, en los pines dos y tres, se encuentran los voltajes de entrada, en el pin cuatro, se halla, V+, y en el pin once V-, los dems pines quedan sin conexin, en esta prctica. Adems logramos aprender la distribucin de pines del amplificador operacional, LM741,el cual consta de ocho pines, el pin seis es Vo, el pin dos y tres, constan las entradas inversora y no inversora, respectivamente, y en el pin siete, V+, y en el pin cuatro, V-. Logramos concluir que el ltimo circuito, conocido como el sumador, esencialmente no es ms que un amplificador en configuracin inversora. Ya que el desarrollo matemtico es el mismo. Debido a la ganancia de tensin infinita del amplificador para que la tensin de salida sea un nmero finito la tensin de entrada. Es recomendable ya al haber obtenido las seales despus de haber presionado auto-set, cuando comenzamos a regular la amplitud, o sea el voltaje del generador de seales, ir aumentando el zoom, y que cada aumento, ir ubicando a las seales en la lnea de referencia para no perder de vista en la pantalla del osciloscopio, ni la seal de entrada ni la seal de salida. En las seales obtenidas por el circuito integrador se pudo observar, que en la seal triangular la pendiente de un lado, cambiaba hacia el otro lado con la misma pendiente pero negativa al toparse que las paredes que formaba la seal cuadrada de entrada, lo que nos daba a entender que la seal de salida depender de los valores de la seal de entrada, de la resistencia y del condensador.

E.- REFERENCIAS:

http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/AO.htm http://fisica.usach.cl/~jlay/licfismat/pdf/vglavo4.pdf http://www.ifent.org/lecciones/ntc/ntc.asp http://www.alldatasheet.es/datasheet-pdf/pdf/9027/NSC/LM741.html http://www.unicrom.com/Tut_opamp.asp http://www.ifent.org/temas/amplificadores_operacionales.asp Circuitos Elctricos. Dorf. Sexta Edicin Gua ara Mediciones Electrnicas y Prcticas de Laboratorio; Stanley Wolf Richard F.M. Smith; Editorial Prentice HallPgina 1