UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA ÁREA DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 4º Módulo PRÁCTICAS DOCENTE: Ing. Juan Ochoa INTEGRANTES: Carlos Flores Xavier Gálvez Ethetson Pineda Bryan Romero
2014-2015
PRÁCTICA 2
1. TEMA: AMPLIFICADOR OPERACIONAL 741: DETECTORES DE NIVEL DE VOLTAJE DE REFERENCIA POSITIVO Y NEGATIVO. 2. OBJETIVOS:
Diseñar un circuito detector de nivel de voltaje positivo inversor. Diseñar un circuito detector de nivel de voltaje positivo no inversor. Diseñar un circuito detector de nivel de voltaje negativo inversor. Diseñar un circuito detector de nivel de voltaje negativo no inversor. Obtener las gráficas en el osciloscopio correspondiente a cada uno de los circuitos.
3. MATERIALES Y EQUIPOS:
Cantidad 4 4 1 1 1 1 1 1
Descripción
Amplificador operacional lm741 Resistor 1kΩ
Multímetro Osciloscopio Cortador cables Protoboard Fuente de tensión Generador de funciones
4. MARCO TEÓRICO: DETECTORES DE NIVEL DE VOLTAJE POSITIVO Y NEGATIVO DETECTORES DE NIVEL POSITIVO En la figura 1 se aplica un voltaje positivo de referencia, Vref a una de las terminales del amplificador operacional. Esto quiere decir que el amplificador operacional está conectado como un comparador para registrar el voltaje positivo. Si el voltaje Ei, que se va a detectar, se aplica a la terminal (+) del amplificador operacional, el resultado es un detector no inversor de nivel positivo. Su operación se indica mediante las formas de onda en la figura 2.5(a). Cuando Ei está por encima de Vref, Vo es igual a +Vsat. Cuando Ei está por debajo de Vref, Vo es igual a –Vsat. Si Ei se aplica a la entrada inversora como en la figura 2.5 (b), el circuito es un detector inversor de nivel positivo. Su operación puede resumirse en la siguiente afirmación:
cuando Ei es mayor que Vref, Vo es igual a –Vsat. Esta acción del circuito se ve con más claridad si se observa la gráfica de Ei y V ref en función del tiempo, en la figura 2.5 (b).
Fig. 1
Detectores de nivel negativo La figura 2 (a) es un detector no inversor de nivel negativo. Este circuito detecta cuando la señal de entrada Ei cruza hacia el vo ltaje negativo, -Vref. Si Ei es mayor que – Vref, Vo es igual a +Vsat. Cuando Ei es menor que –Vref, Vo = -Vsat. El circuito de la figura 2.6 (b) es un detector inversor de nivel negativo. Cuando Ei es mayor que –Vref, Vo es igual a –Vsat y cuando Ei es menor que –Vref, Vo es igual a +Vsat.
fig. 2 5. PROCEDIMIENTO:
Montar el circuito de la figura en el Protoboard del comparador no inversor con voltaje de referencia positivo V3 15V
7
XFG1
5
1
U1
3 6 2
R1 V2
741
4
5V V4 15V
Fig.1 circuito simulado en multisim .
1kΩ
Conectar la fuente de alimentación, en este caso al pin 7 (+15 V), y al pin 4 (-15 V.
Ajustar el generador de funciones a un voltaje y una frecuencia adecuados .
Fig. Ajuste del generador de funciones
Fig.2 señal del generador de funciones vista en el osciloscopio.
Conectar el generador de funciones al pin 3 (entrada no inversora).
Conectar el voltaje de referencia positivo al pin 2 (entrada inversora)
A la salida del operacional debemos conectar una resistencia de 1k Ω
Conectar el osciloscopio a la entrada y salida del circuito.
Observar las imágenes en el osciloscopio.
Guardar las imágenes
Montar el circuito de la figura en el Protoboard del comparador inversor con voltaje de referencia positivo.
V3 15V
7
5
1
U1
3 6
XFG1
V2
2
5V
R1 741
4
1kΩ
V4 15V
Repetir los tres primeros pasos que hicimos para el comparador no inversor
Conectar el generador de funciones al pin 2 (entrada inversora).
Conectar el voltaje de referencia positivo al pin 3 (entrada no inversora)
A la salida del operacional debemos conectar una resistencia de 1k Ω
Conectar el osciloscopio a la entrada y salida del circuito.
Observar las imágenes en el osciloscopio.
Guardar las imágenes
Montar el circuito de la figura en el Protoboard del comparador no inversor con voltaje de referencia negativo V3 15V
7
XFG1
5
1
U1
3 6 2
R1
V2 -5V
741
4
1kΩ
V4 15V
Repetir los tres primeros pasos que hicimos para el primer comparador
Conectar el generador de funciones al pin 3 (entrada no inversora ).
Conectar el voltaje de referencia negativo al pin 2 (entrada inversora)
A la salida del operacional debemos conectar una resistencia de 1k Ω
Conectar el osciloscopio a la entrada y salida del circuito.
Observar las imágenes en el osciloscopio.
Guardar las imágenes
Montar el circuito de la figura en el Protoboard del comparador inversor con voltaje de referencia negativo V3 15V
7
5
1
U1
3 6
XFG1
V2
2
-5V
R1 741
4
1kΩ
V4 15V
Repetir los tres primeros pasos que hicimos para el primer comparador. Conectar el generador de funciones al pin 2 (entrada inversora). Conectar el voltaje de referencia negativo al pin 3 (entrada no inversora). A la salida del operacional debemos conectar una resistencia de 1k Ω Conectar el osciloscopio a la entrada y salida del circuito. Observar las imágenes en el osciloscopio. Guardar las imágenes
6. ESQUEMAS:
7. RESULTADOS:
7.1 GRÁFICAS:
COMPARADOR NO INVERSOR CON VOLTAJE DE REFERENCIA POSITIVO.
COMPARADOR INVERSOR CON VOLTAJE DE REFERENCIA POSITIVO.
CURVA DE HISTÉRESIS.
COMPARADOR NO INVERSOR CON VOLTAJE DE REFERENCIA NEGATIVO.
CURVA DE HISTÉRESIS.
COMPARADOR INVERSOR CON VOLTAJE DE REFERENCIA NEGATIVO .
CURVA DE HISTÉRESIS.
7.2 ¿POR QUÉ SALE DISTINTO VALOR DE +Vsat Y – Vsat? Existe un límite en cuanto a los niveles de voltaje en la terminal de salida; estas fronteras se determinan por los voltajes de alimentación y por los transistores de salida. Estos transistores necesitan cerca de 1 a 2 V del colector al emisor para asegurarse de que actúen como amplificadores y no como interruptores. Por lo tanto, la salida en la terminal puede llegar hasta 1 V debajo de +Vsat y hasta 2 V por encima de –Vsat. El límite superior de Vo se denomina voltaje de saturación positivo,+ Vsat, y el límite inferior de voltaje de saturación negativo, -Vsat. Por ejemplo con una fuente de alimentación de +/- 15V, Vsat= +14 y –Vsat = -13.
8
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: 8.1 Conclusiones
Cuando se aplica un voltaje de referencia (Vref), a una de las terminales del amplificador operacional, este se convierte en un comparador para registrar el voltaje positivo o también lo podemos llamar detector de nivel positivo o negativo según.
En un comparador no inversor con Vref positivo o detector de nivel positivo, cuando Ei está por encima de Vref, Vo es igual a +Vsat y cuando Ei está por debajo de Vref, Vo es igual a
–Vsat.
Cuando es un comparador inversor sucede lo contrario en el
comportamiento de Vo, es decir este es igual a –Vsat al momento de que Ei está por encima de Vref, y por ende al Ei estar por debajo de Vref , Vo se dispara a +Vsat,
En un detector de nivel negativo se da la misma situación que en comparador de nivel positivo pero en este caso el Vref será negativo.
8.2 Recomendaciones
Se debe tener en consideración de que es necesario tener un Vref sea este positivo o negativo dentro del rango de amplitud de Ei.
Para esta práctica se recomienda que el Vref se encuentre cerca del valor promedio de Ei, ya que se necesita registrar un cambio de nivel de Vo, y si Vref es muy cercano al valor pico este cambio será el esperado o el que normalmente observamos en la teoría, lo recomendable sería que Vref sea la mitad de la amplitud de nuestra señal de entrada para obtener una mejor visualización de las gráficas en el osciloscopio.
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Bibliografía
-R. Coughlin, Frederick F., R. Bautista, Electrónica: Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales, 5ª. Prentice Hall. México, 1999. Páginas: 21-23.
