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Universidad Politécnica Salesiana INGENIERÍA ELECTRÓNICA
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
FACULTAD DE INGENIERIAS
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
LABORATORIO DE ELECTRONICA ANALOGICA II
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
DOCENTE:
ING. ESTEBAN ORDOÑEZ
REALIZADO POR:
DIEGO ARPI
MARTIN URGILES
20 de Enero del 2011
CUENCA - ECUADOR
Universidad Politécnica Salesiana INGENIERÍA ELECTRÓNICA
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
PRÁCTICA # 9
1. TEMA: AMPLIFICADORES OPERACIONALES
2. OBJETIVOS
2.1. Diseñar, calcular y comprobar el funcionamiento de las siguientes configuraciones básicas del Amplificador Operacional:
a) Circuito invertente b) Circuito no invertente c) Circuito Derivador d) Circuito Sumador no invertente
Comprobar el funcionamiento aplicando señales continuas y variables.
2.2. Investigar y Armar el circuito generador de Onda Sinusoidal.
3. MARCO TEÓRICO
Amplificadores Operacionales
Amplificador Inversor
Dada una señal analógica el amplificador inversor constituye el modo más simple de
amplificar o atenuar la señal.
La impedancia de entrada del dispositivo es infinita, por lo cual no circulará corriente en el interior
del amplificador operacional y las resistencias R1 y R2 estarán dispuestas en serie. Por encontrarse
estas resistencias dispuestas en serie la corriente que atravesará ambas será la misma.
A continuación se va a demostrar cómo Va es nula. Si tenemos en cuenta que la ganancia de
tensión de un amplificador operacional debe atender a la relación salida/entrada:
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AMPLIFICADORES OPERACIONALES
Al ser una de las características del amplificador la ganancia en tensión infinita podemos intuir que
la única solución válida es disponer a la entrada del amplificador de una tensión nula.
La tensión de salida es proporcional a la tensión de entrada, siendo el factor de proporcionalidad
una constante que definimos con las resistencias R1 y R2. El nombre de inversor viene dado por el
signo negativo presente en la fórmula. Es decir, el montaje invierte la fase de la señal; este detalle
no puede pasarse por alto para señales que requieran cuidar su fase.
La resistencia R3, sirve para compensar los posibles efectos no deseados debidos a imperfecciones
en el funcionamiento de los amplificadores operacionales reales. En concreto busca disminuir el
efecto nocivo de unas intensidades de polarización residuales presentes en las entradas del amp.
(Que conlleva una impedancia de entrada elevada pero no infinita).
Amplificador No Inversor
Este circuito presenta como característica más destacable su capacidad para mantener la fase de
la señal. El análisis se realiza de forma análoga al anterior.
Se ha razonado que la diferencia de tensión en las patillas de entrada del amplificador operacional
ha de ser nula, por lo que la tensión presente en la patilla inversora será la misma que la presente
en el no-inversor. Por hallarse las resistencias R1 y R2 en serie, la corriente que las atravesará será
la misma y conocida, ya que sabemos el valor de R1 y las tensiones en sus extremos (Vin y 0):
Se puede apreciar cómo no existe signo negativo en la expresión (no se invierte la señal), siendo
además la ganancia siempre superior a la unidad. Este circuito no permite por consiguiente
atenuar señales.
Se hará una puntualización con respecto a la conveniencia de uso del inversor/no inversor. La
inversión de fase no resulta significativa en el tratamiento de señales alternas, ya que dichas
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señales varían entre semiciclos positivos y negativos. Un amplificador inversor aplicado a una señal
alterna tiene como resultado una simple inversión de fase. Sin embargo en señales de continua el
resultado es bien distinto. Si deseamos duplicar una tensión continua e introducimos a la entrada
de un amplificador inversor 2V a la salida tendremos -4V (negativos), lo cual puede ser un
inconveniente en determinadas aplicaciones. La elección de una etapa u otra depende por
consiguiente de las condiciones concretas de diseño.
Amplificador Seguidor
Esta sencilla configuración ofrece una tensión de salida igual a la tensión de entrada, no
produciéndose ganancia alguna.
El montaje se emplea fundamentalmente como adaptador de impedancias, ya que no consume
corriente en su entrada (impedancia de entrada infinita) ofreciendo señal en su salida (impedancia
de salida nula).
Vout =Vin
Su nombre está dado por el hecho de que la señal de salida es igual a la de entrada, es decir, sigue
a la de entrada.
Configuración Sumador No Inversor
La salida se encuentra en fase con la entrada, pero no se puede obtener ganancia unitaria.
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Si se aplican las consideraciones de un amplificador no inversor:
La tensión en el terminal no inversor (Vi) viene determinada por:
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Amplificador Derivador
En la salida (Vo) se obtiene la derivada de la señal de entrada (Vi), respecto al tiempo, multiplicada
por una constante. El circuito se basa en un inversor, en el que R1 se ha sustituido por un
condensador.
Como IC = Ii
La tensión de salida (Vo) será:
4. EXPLICACION DE LA PRÁCTICA.
La práctica consiste en comprobar el funcionamiento de los amplificadores operacionales en
sus distintas configuraciones y además realizar una aplicación que en este caso sería un
generador de onda sinusoidal.
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5. CALCULOS
- Amplificador Inversor.
Circuito amplificador inversor
Datos:
ΔV = 30
Rf = 100 kΩ
Vi = 0.45v
El valor de Ri será:
30
100
k
V
RfRi
Ri = 3.3 kΩ
El voltaje de salida será:
)45.0(30. vViVVo
Vo = - 13.63v
- Amplificador No Inversor.
VoVi
Ri
Rf
Vo
Ri
Rf
Vi
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Circuito amplificador no inversor.
Datos:
ΔV = 31
Rf =100 kΩ
Vi = 0.45v
El valor de Ri será:
Ri
Rf1V
Ri
100113
Ri = 3.3 Ω
El voltaje de salida será:
)45.0(30. vViVVo
Vo = 13.95v
- Amplificador Derivador
Circuito amplificador diferencial
Datos:
ΔV = 3
R2 = 10 kΩ
Vi1 = 2.25v
Vi2 = 5v
El valor de R2 será:
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3
1021
k
Av
RR
Ri = 3.3 kΩ
El voltaje de salida será:
3)25.25()12( AvViViVs
Vo = 8.25v
- Amplificador Inversor Sumador.
Configuración amplificador inversor sumador.
Datos:
ΔV = 3
R1 =3.3 kΩ
Vi1 = 5v
Vi2 = - 2.25v
R2 = 10 kΩ
2
2
21
1
2Vi
Ri
RVi
Ri
RVo
v
k
kv
k
kVo 25.2
3.3
105
3.3
10
Vo = 8.33v
- Amplificador Sumador No Inversor
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Configuración amplificador inversor sumador.
Datos:
ΔV = 4
R1 =3.3 kΩ
Vi1 = 5v
Vi2 = - 2.25v
R2 = 10 kΩ
2
21
3
21
ViVi
R
RVo
2
25.25
3.3
101
k
kVo
Vo = 5.95v
- Generador de onda Sinusoidal.
Generador de onda Cuadrada:
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Generador de onda Triangular:
Vs = Vi.t / τ t * 2 = 1 / f
13 = 2*0.3ms / T t = 0.3 ms
T = 44 us
C = 0.1 uF R = 898 Ω
13 = 5.4 / R.C
RC = 1.538
C = 10 uF R = 153.8 k Ω
V = (R2 / R1)*Vs
12 = (R2 / R1)*13
R1 = 1 kΩ R2 = 923 Ω
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Generador de onda Sinusoidal:
Vs = Vi.t / τ t * 2 = 1 / f
13 = 2*0,3m / τ t = 0.3 ms
τ = 44 us
C = 0.1 uF R = 898 Ω
13 = 5.4 / R.C
RC = 1.538
C = 10 uF R = 153.8 k Ω
V = (R2 / R1).Vs
12 = (R2 / R1).13
R1 = 1 kΩ
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ESQUEMA GENERAL:
6. SIMULACIÓN
U1A
LM348N
3
2
11
4
1
U1B
LM348N
5
6
11
4
7
U1C
LM348N
10
9
11
4
8
U1D
LM348N
12
13
11
4
14
R1
100kΩ
R2
100kΩ
R3100kΩ
R4
10kΩ
R6
100kΩ
C1
1µF
C2
0.1µF
R5
50kΩ
Key=A50%
V1
-12 V
V2
12 V
XSC1
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _
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7. LISTA DE MATERIALES.
CANT Materiales
10 Resistencias
4 LM741
1 Osciloscopio
6 Condensadores
1 LM348
1 Potenciómetro
8. ANÁLISIS
-Tablas de valores medidos y simulados.
Amplificador Inversor
Cuadro Comparativo
Calculado Medido
∆V 30 29.6
Vo -13.62 v -13.32 v
Vi 0.45 v 0.45 v
Tabla 1. Cuadro de valores medidos y calculados del circuito amplificador inversor
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Amplificador No Inversor
Cuadro Comparativo
Calculado Medido
∆V 31 31.2
Vo 13.95 v 14.04v
Vi 0.45 v 0.45 v
Tabla 2. Cuadro de valores medidos y calculados del circuito amplificador no inversor
Amplificador Derivador
Cuadro Comparativo
Calculado Medido
∆V 3 3.018
Vo 8.25v 8.24v
Vi1 2.25v 2.24v
Vi2 5v 4.97v
Tabla 3. Cuadro de valores medidos y calculados del circuito
Amplificador Sumador Inversor
Cuadro Comparativo
Calculado Medido
∆V 3 2.989
Vo -8.33v -8.33v
Vi1 5v 4.97v
Vi2 -2.25v -2.19v
Tabla 4. Cuadro de valores medidos y calculados del circuito
Amplificador Sumador No Inversor
Cuadro Comparativo
Calculado Medido
∆V 4 4.11
Vo 5.95v 5.62v
Vi1 5v 4.95v
Vi2 -2.25v -2.19v
Tabla 5. Cuadro de valores medidos y calculados del circuito
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9. CONCLUSIONES
- El amplificador operacional permite obtener una señal con una ganancia a partir de una señal de ingreso.
- Se verifico en la práctica que los valores medidos son muy aproximados a los valores calculados.
- En el amplificador no inversor la señal de ingreso se encuentra en fase con la señal de salida, pero al visualizar las respectivas señales en la práctica se pudo observar que la señal de salida se retrasa con respecto la señal de ingreso, debido al tiempo de conmutación que se presenta en el interior del operacional.
- Cuando trabajamos con amplificadores que mezclan dos o más señales en el ingreso, es importante que estas estén en fase porque si no es así en la señal de salida no se obtendrá un a onda perfecta.
10. BIBLIOGRAFÍA
- IRWIN, Análisis de Circuitos en Ingeniería. Editorial CEAC. Barcelona-España
1984.
- http://es.wikipedia.org/wiki/Amop%C3%Amplf_Opsdt