PRÁCTICA No 8: APLICACIONES DE LAS CONFIGURACIONES DERIVADOR E INTEGRADOR Kevin Jair Honores Salvatierra
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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA-SEDE CUENCA Laboratorio de Electrónica Analógica II
2. 1 Amplificador de Operacional R esume esumen: E l docume documento nto contiene conti ene las me medici diciones, ones, simula simulacio cione ness y cálc cálculo uloss de del dise diseño ño de dos ap aplicacio licacione ness de del der der i vador vador e inte i nteggr ador, ador, gener ener ando ando forma formass de ondas ondas a par par tir tir de ampli ampliffi cadores cadores ope operr acionales acionales y cir ci r cuitos cui tos multivi brador brador es aestable aestabless y monoestable monoestabless gene g enerr ados ados por por el integr i ntegr ado ado 555 conectándose conectándose entr entre e sí en cascada, cascada, gene g enerr ando r ampa ampass automáti automáticas. cas.
El amplificador operacional es un dispositivo que permite realizar operaciones operaciones básicas como adición, sustracción, integración, derivación, diferencia de señales que se ingresen al mismo [1]. Un amplificador operacional consta de dos terminales de entrada una inversora y otra no inversora, un terminal de salida, y dos terminales de alimentación uno positivo y otro negativo como se observa en la figura 1.
I OBJETIVOS Objetivo General
Diseñar y comprobar el funcionamiento de los siguientes esquemas propuestos.
Objetivos Específicos 1) Secuencia de encendido manual. Se tiene 2 pulsantes, el primero se utiliza para el encendido manual el cual al pulsar una vez la señal de salida producirá producir á una rampa de duración T, a un voltaje de 4V, si se pulsa una vez más entonces producirá la misma rampa de duración T con un voltaje de 8V y finalmente si se pulsa una tercera vez, deberá alcanzar los 12 V con una duración de T. El segundo pulsante debe producir una rampa de bajada hasta llegar a cero en un lapso de tiempo T2. (T = 3s, T2 = 4s)
Figura 1. Simbología de un Amplificador Operacional
2) Secuencia de encendido automática. Se tiene 2 pulsantes, el primero se utiliza para el encendido automático, al pulsar una vez deberá producir una señal de salida tipo rampa escalonada de forma automática con tiempos indicados de subida, 3s de espera y en pasos de 3V llegando a un máximo de 12V. El segundo pulsante se utiliza para la rampa de bajada de forma manual, con un primero pulso llega l lega hasta los 6V y con un segundo pulso hasta 0V. (3s de subida, 3s de espera y 8s de bajada)
2.1.1 Amplificador Operacional ideal
Figura 2. Amplificador Operacional Ideal
El amplificador ideal como podemos observar en la figura 2, se caracteriza por sus impedancias de entrada y de salida en donde la de entrada es muy grande por lo que se comporta como un circuito abierto, y la de salida es 0 comportándose comportándose como un cortocircuito.
2.1.2 Amplificador Operacional Práctico
II. MARCO TEÓRICO
Figura 3. Amplificador Operacional Práctico. Figura 6. Inversor
Los amplificadores presentan limitaciones de tensión y de corriente, es por esto que se usa el esquema de la figura 3 para el análisis, ya que con este esquema abarcamos las limitaciones. Este modelo presenta una ganancia de entrada muy alta y una impedancia de salida muy baja y una impedancia de entrada muy alta [2].
= − 2.3.3 Amplificador Operacional Integrador
2.2 Retroalimentación Negativa Es el proceso en donde una parte del voltaje presente a la salida del amplificador operacional es alimentada de regreso a la entrada. La ganancia de voltaje en lazo cerrado en retroalimentación negativa se puede reducir y controlar de modo que podemos hacer el amplificador operacional opere como un amplificador lineal además proporciona una ganancia de voltaje estable [1].
Figura 11. Integrador
= − ∫ 2.3.4 Amplificador Operacional Derivador
Figura 4. Retroalimentación Negativa
2.3 Configuraciones Básicas 2.3.1 Amplificador Operacional Seguidor de Tensión
Figura 12. Derivador
=− () 2.4 Circuito Integrado 555 Figura 5. Seguidor de tensión
= 2.3.2 Amplificador Operacional Inversor
Este circuito es un "Timer de precisión", en sus orígenes se presentó como un circuito de retardos de precisión, pero pronto se le encontraron otra aplicaciones tales como osciladores astables, generadores de rampas, temporizadores secuenciales, etc., consiguiéndose unas temporizaciones muy estables frente a variaciones de tensión de alimentación y de temperatura. [3]
2=0.693∗2∗1 =1+2 = Figura 13. Circuito Integrado 555.
2.4.1 Descripción de Pines
2.4.3 Configuración Monoestable
Pin 1-GND: En este pin siempre se conectado el negativo de la fuente.
El circuito entrega a su salida un solo pulso de ancho dependiendo de R1 y C1 [4]
Pin 2-DISPARO: En este pin es en donde se establece el inicio del tiempo de retardo. Pin 3-SALIDA: Nos permite observar la respuesta de operación según como este configurado nuestro circuito integrado 555. Pin 4-RESET: Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Pin 5-CONTROL DE VOLTAJE: Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). Pin 6-THRESHOLD: Es una entrada a un comparador interno, y se utiliza para poner la salida a nivel bajo.
Figura 15. 555 Modo Monoestable.
Pin 7-DISCHARGE: Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por temporizador
III. DESARROLLO
Pin 8-Vcc: En este pin se conecta el positivo de l a fuente que va desde 4.5 a 16 V [3].
Tabla I: Materiales y herramientas a usar. -
2.4.2 Configuración Astable Cuando en la salida aparece un tren continuo de pulsos de onda rectangular o cuadrada y los tiempos de estas ondas dependen de las resistencias R1, R2 y C1 [4].
Figura 14. 555 Modo Astable
2.4.2.1 Cálculos para el astable
1=0.693∗ (1+2)∗ 1
MATERIALES Y HERRAMIENTAS
Multímetro Osciloscopio Fuente de voltaje LM741 Bananas Pulsantes Capacitores Sondas Compuerta Circuito Integrado 555 Resistencias
CALCULOS
A continuación se detallaran cada uno de los cálculos para poder obtener cada uno de los datos necesarios para los amplificadores de pequeñas señales:
5 ∗3 −12=− (1000 ) = 2.083 Ω ≈ . Ω
Rampa ascendente (3s) y descendente (4s) manual
Bajada
= = = = = − 5 ∗4 −12=− (1000 ) = 3.6 Ω ≈ . Ω
Figura 16. Esquema Rampa ascendente-descendente manual
Monoestable con P1
= =
=() ∗ ∗ 3=(3) ∗ ∗ 100 = 27.3 Ω ≈ Ω
Rampa ascendente automático
Monoestable con P2
= =
=() ∗ ∗ 4=(3) ∗ ∗ 100 = . Ω Inversor
= =1Ω = Integrador Subida
= = = =
= −
Figura 17. Esquema Rampa automática y manual
Monoestable con P1
= 4s =
=() ∗ ∗ 24=(3) ∗ ∗100 = 218.2 0 Ω ≈ Ω
Monoestable con P2
= 72 Ω ≈ Ω
Astable
= = = 3=0.693(1+2)100 3 = 0.693∗2 ∗ 100 = . Ω = Ω Inversor
= =1Ω =
TABLAS Y MEDICIONES
Figura 18. Visualización en el osciloscopio rampa ascendente y descendente manual (tiempo).
Integrador subida T = 3seg
= = = Desarrollo
Figura 19. Visualización en el osciloscopio rampa ascendente y descendente manual (voltaje).
= − 5 ∗3 −12=− (1000 ) =. Ω Bajada
= = = = = − 5 ∗8 −12=− (1000 )
Figura 20. Visualización en el osciloscopio rampa ascendente automática y descendente manual (tiempo de bajada)
Figura 20. Visualización en el osciloscopio rampa ascendente automática y descendente manual (tiempo de bajada)
IV. SIMULACIONES
a varían en la rampa el tiempo de subida o el de bajada, por lo que el voltaje variaba por lo mínimo.
VI. CONCLUSIONES Los amplificadores operacionales tiene una conmutación muy rápida que pueden cumplir con las expectativas del diseñador, sin embargo se debe tener en cuenta que para su correcto funcionamiento se debe ser exacto, como lo fue e diseño de 555 para el control y modulación de una onda de tensión.
Figura 24. Esquema Rampa ascendente-descendente manual
Figura 25. Rampa ascendente tiempo 5s .
La práctica permitió demostrar algunas de las aplicaciones que se pueden realizar con los amplificadores operaciones, en este caso manejar la conmutación para dar una forma de inda determinada, modulando los tiempos. Para el armado de estos circuitos se necesita ser lo suficientemente exacto al utilizar valores de resistencias, pues la más mínima diferencia puede desembocar en una salida errónea del amplificador operacional. Además la utilización de circuitos integrados como los son los multivibradores 555 y los flip flop tipo D fue muy importante pues sin esto el circuito solo con elementos analógicos fuera mucho más extenso de lo que ya fue. Una vez realizada la práctica se debe tener en cuenta el acoplamiento entre cada etapa sea la óptima pues cualquier pérdida de tensión determinaría que la salida no llegaría a VCC+. Operational amplifiers have a very fast switching that can meet the expectations of the designer, the embargo of the must be taken into account that for its correct operation must be exact, as was the design of 555 for the control and modulation of a Wave of tension.
Figura 26. Rampa descendente 3s
Figura 27. Esquema Rampa manual y automática
V. ANÁLISIS DE RESULTADOS Las diferentes rampas obtenidas, no obtuvieron el mayor acercamiento a lo esperado, por lo que al calcular el tiempo para el integrado 555 esta nos daba en los cálculos resistencias no comerciales y por ello nos teníamos que acercar lo más que se podía, por lo que iba
The practice allowed to demonstrate some of the applications that can be made with the amplifiers of operations, in this case handle the switching to give a certain form of India, modulating the times. For the assembly of these circuits it is necessary to be sufficiently precise in the values of resistances, so the difference can lead to an erroneous output of t he operational amplifier. In addition to the use of integrated circuits like the sounds of t he multivibrators 555 and flip flops type D was very important so the circuit with only analog elements was much more extensive than it already was. Once done the practice must take into account the coupling between each stage the optimal sea because any loss of volt age that the output does not have a VCC +.
VII. BIBLIOGRAFÍA [1] Nashelsky, B. (2003). Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. México: Pearson Educacion.
[2] Hambley, A. R. (2000). Electronica. Michigan: Prentice-Hall. [3] “Circuto integrado 555”, Acceso 1/24/2016, www.gayatlacomulco.com
[4]
Electronica, “Configuración 555”, 1/24/2016, ww.electronica-electronics.com
Acceso
[5] Alvear, J. (1 de Julio de 2016). IFENT. Obtenido de http://www.ifent.org/temas/amplificadores_operaciona les.asp [6] Lara, A. (1 de julio de 2016). Masink. Obtenido dehttp://www.qi.fcen.uba.ar/materias/iqi/opamp1.html
