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5E9 Fecha: Edgar Omar Solís Yam.
Grupo: Integrante:
07/Mayo/2012
Objetivo: Observar las diferentes formas de onda y las configuraciones del amplificador operacional. Marco Teórico El amplificador operacional es un dispositivo integrado que tiene una amplia variedad de aplicaciones. En nuestro caso se estudiaran las relacionadas con: sumadores, inversores, derivadores e integradores ya que son estas las que tienen mayor aplicación dentro de los sistemas de control. En general un amplificador operacional está diseñado para ser alimentado por una fuente dual, la cual típicamente tiene un rango de +5 a +15 volts y de -5 a 15 volts, dependiendo del tipo de operacional. Es muy común que este tipo de fuentes estén bypaseadas a tierra a través de capacitores de desacoplo. Estos capacitores pueden tener un rango de .1 mF a 10 mF.
Material y equipo necesario Material.
Cantidad 1 1
Descripción Protoboard. Amplificador Operacional 741. Resistencias. Capacitores.
Equipo. www.ingenieroselectronicos.mex.tl www.ingenieroselectronicos.com
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Cantidad 1 1 1
Descripción Generador de funciones Fuente dual o 2 fuentes Osciloscopio
Metodología: Amplificador inversor.
El A.O. mostrado en la figura #3, está conectado como un Amplificador Inversor. Esto es debido a que la señal es aplicada en la entrada inversora del A.O., a través de R1, a la cual se le da el nombre de elemento de entrada. A la resistencia R2 se le conoce como elemento de retroalimentación. Para el Amplificador Inversor, el voltaje de salida está dado por la siguiente ecuación:
[] El signo menos (-) en la ecuación anterior, indica que cuando el voltaje de la entrada es positivo, el voltaje de salida es negativo, y viceversa. En otras palabras, la señal de salida está desfasada 180° respecto de la señal de entrada. Circuito Inversor.
R2
Vi
R1
_ +
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Vo
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Descripción Generador de funciones Fuente dual o 2 fuentes Osciloscopio
Metodología: Amplificador inversor.
El A.O. mostrado en la figura #3, está conectado como un Amplificador Inversor. Esto es debido a que la señal es aplicada en la entrada inversora del A.O., a través de R1, a la cual se le da el nombre de elemento de entrada. A la resistencia R2 se le conoce como elemento de retroalimentación. Para el Amplificador Inversor, el voltaje de salida está dado por la siguiente ecuación:
[] El signo menos (-) en la ecuación anterior, indica que cuando el voltaje de la entrada es positivo, el voltaje de salida es negativo, y viceversa. En otras palabras, la señal de salida está desfasada 180° respecto de la señal de entrada. Circuito Inversor.
R2
Vi
R1
_ +
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Vo
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A continuación se muestra una serie de circuitos aplicados al amplificador operacional y cada uno con sus respectivos diagramas y simulaciones, de igual manera con resultados reales. Diagrama:
Arme los siguientes circuitos, explique y dibuje lo que observa a la salida. Circuito 1. 100 KΩ 10 KΩ
_ + 1 V pico
Simulación:
Circuito en Protoboard: www.ingenieroselectronicos.mex.tl www.ingenieroselectronicos.com
Vo
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Resultado en el Osciloscopio.
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Circuito 2. 100 KΩ 10 KΩ
_ + 5V
Simulación:
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Circuito en Protoboard:
Resultado del Osciloscopio:
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Circuito 3. 100 KΩ 50 KΩ
_ + 2V
Simulación:
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Circuito en Protoboard:
Resultado en el osciloscopio:
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El amplificador sumador
Si varias resistencias de entrada son conectadas simultáneamente a la entrada inversora del A. O. se obtiene un amplificador sumador. A continuación se muestran diferentes circuitos en configuración de sumadores:
Rf R1
_
V1 R2
+
V2
Vo
R3 V3
Circuito Sumador.
Para este circuito, los voltajes de entrada separados son sumados, de modo que el voltaje de salida es:
[] [ ]
Lo cual es similar a la ecuación base del A.O. inversor de una sola entrada, excepto que en este caso tendremos múltiples entradas. Si la resistencia de retroalimentación Rf y las resistencias R 1, R2, R3, se hacen iguales, entonces el voltaje de salida será:
( )
Por otro lado podemos obtener una ganancia a la salida del dispositivo, haciendo que le valor de la resistencia de retroalimentación sea mayor que las resistencias de entrada (suponiéndolas iguales) en proporción a la ganancia requerida. Vale la pena recordar que el signo menos (-) nos dice que la señal de salida será de polaridad opuesta con respecto a la suma algebraica de las señales de entrada, de modo que si quisiera obtener la señal de salida en fase
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con la entrada, se puede poner a la salida del Amplificador Inversor, un Amplificador Inversor, un Amplificador Inversor con ganancia unitaria.
Arme los siguientes circuitos, explique y dibuje lo que observa a la salida:
Circuito 1 100 KΩ 100 KΩ + 5 V _
100 KΩ
+
_ -3 V +
Simulación:
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_
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Circuito en Protoboard:
Resultado en el Osciloscopio:
Simulacion:
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Circuito 2.
100 KΩ 100 KΩ + 5 V _
100 KΩ
+
_ -3 V +
Simulación:
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_
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Circuito en Protoboard:
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Resultado en el Osciloscopio:
Circuito 3.
100 KΩ
100 KΩ
50 KΩ
+ 7 V _
50 KΩ
_ +
_ -3 V +
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10 KΩ
_ +
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Simulación:
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Circuito en Protoboard:
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Resultado en el Osciloscopio:
Amplificador diferencial
El amplificador diferencial es un amplificador más preciso, y que tiene la ventaja de realizar la diferencia entre dos entradas, sin desfasar la salida con respecto a la entrada. A continuación se muestran dos modelos de amplificadores operacionales en configuración diferencial.
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www.ingenieroselectronicos.mex.tl www.ingenieroselectronicos.com Rf R1
_
V1
Vo
+ R2 V2
R3 V2
El análisis del circuito anterior se puede realizar como sigue: primero suponemos que el voltaje V2’, es cortocircuitado a tierra trayendo como consecuencia que V2 sea cero. Lo que se obtiene es la configuración básica de un amplificador inversor simple, por lo que el voltaje de salida es:
[] Posteriormente se remueve el cortocircuito en V2’, y se aplica a la señal inversora del Amplificador Operacional. Ahora se tiene esencialmente un Amplificador no Inversor. El voltaje de entrada V 2 se puede determinar mediante el divisor de tensión como sigue:
[ ] El voltaje de salida no invertido es entonces:
’ Combinando las ecuaciones anteriores, el voltaje de salida para el Amplificador diferencial en función de los voltajes de entrada V 1 y V2, es el siguiente:
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[] [ ][ ] Cuando las cuatro resistencias son iguales se obtiene lo siguiente:
Arme los siguientes circuitos, explique y dibuje lo que observa a la salida:
Circuito 1. 100 KΩ 100 KΩ
_ Vo
+
+ 3 V _ 100 KΩ + _
100 KΩ V2
6V
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Simulación:
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Circuito en Protoboard:
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Resultado en el Osciloscopio:
Circuito 3.
100 KΩ 50 KΩ
_ Vo
+
+ 3 V _
50 KΩ + _
100 KΩ V2
6V
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Circuito en Protoboard:
Resultado en el Osciloscopio:
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CIRCUITO INTEGRADOR
Armar el circuito que a continuación se presenta. Este representa un integrador inversor. Aplicar a su entrada una señal cuadrada de 10 Vp-p con una frecuencia de 100 Hz. +
--
0.01 μF
10 MΩ 1 MΩ Vi
_
+
Vo
910 KΩ
La batería es para proporcionar condiciones iniciales en nuestro caso serán cero, por lo que se puede eliminar la batería. ¿Cómo es la salida Vo con respecto a la entrada Vi? Conecte a la salida del derivador un amplificador inversor con ganancia unitaria ¿Cómo es ahora la salida del segundo amplificador con respecto a Vi? Busque en los libros de control cual es la salida de un integrador ante una entrada escalón y compárela con la que obtuvo Ud. La fórmula matemática para un circuito integrador es:
∫ ⏞()
¿Cuál es la relación de esta fórmula, con la de un control integral? Investigue también que significa la constante de integración.
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Simulación:
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Circuito en Protoboard:
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Resultado en el Protoboard:
CIRCUITO DERIVADOR Armar el circuito que a continuación se presenta. Este representa un derivador inversor. Aplicar a su entrada una señal triangular de 1 volt p-p, y una frecuencia de 400 Hz. 22 KΩ 2.2 KΩ
Vi
.0047 μF
_ + Vo
¿Cómo es la salida Vo con respecto a la entrada Vi? Conecte a la salida del derivador un amplificador inversor con ganancia unitaria. ¿Cómo es ahora la salida del segundo amplificador con respecto a Vi? www.ingenieroselectronicos.mex.tl www.ingenieroselectronicos.com
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Busque en los libros de control cual es la salida de un derivador ante una entrada triangular y compárela con la que obtuvo usted. La fórmula matemática para un circuito derivador es:
Simulación:
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Circuito en Protoboard:
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