UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONAL – DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DISEÑO ELECTRONICO III
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REALIMENTACION REALIMENTACION Y SUS PROPIEDADES PROPIEDADES
F. Ruiz Ruiz , J. Rubio. INTRODUCCION
L
os sistemas realimentados realimentados se encuentran encuentran en todas las aplicaciones de la electrónica, es necesario para lograr la comprensión del funcionamie funcionamiento nto de un esquema, entender entender la forma en la que se retroalimenta un sistema cualquiera. En esta practica se realizará la realimentación realimentación de dos amplificadores operacionales mediante esquemas muy conocidos, en estos esquemas se revisarán revisarán las propiedades propiedades de la realimentación vistas en clase.
Ejercicio 2.3
Mida la ganancia , el ancho de banda y la afectación por el ruido de los esquemas realimentados. realimentados.
Resultados
GRAFICOS VDD 15V
Los objetivos de la practica son los siguientes: siguientes:
Identificar la realimentación en sistemas amplificadores amplificadores sencillos. Analizar diferentes tipos de realimentación realimentación Observar las cualidades de la realimentación en circuitos sencillos
Los componentes utilizados para la realización de nuestra practica son los siguientes: siguientes: 1. Op amp 741 y lm358. 2. Resistencias Resistencias de 18k, 10k , 1k y 2k. 3. Fuente dual dual graduadas a 15 voltios. 4. Generador de señales sinusoidales. 5. Instrumentos de medida como el osciloscopio y el multímetro.
R2 9.89kΩ
Vi
7
1
U1
5
R1 3
Vo
989Ω
V1 1 Vpk 5kHz 0°
6 2
LM741CN 4
VEE -15V
Fig.1: amplificador operacional inversor implementado
I. Procedimientos, Resultados y Observaciones
Procedimientos Ejercicio 2.1
Realice un amplificador inversor (fig.1) y no inversor (fig.4) con una ganancia igual (determinada por el usuario), analice las realimentaciones realizadas y encuentre las funciones de transferencia transferencia de los esquemas planteados. Ejercicio 2.2
Mida el ancho de banda de un amplificador operacional LM358 asi como la ganancia (de una idea de cómo lo mediría), revise también la afectación de este por el ruido.
Fig.2: señales mostradas mostradas por la simulación simulación , Entrada(negro) Entrada(negro) y salida (rojo). CANALES
VOLT/DIV
TIME
CANAL 1 (negro) 1V 100uS CANAL 2 (rojo) 5V Fig.3: rangos de graduación del osciloscopio para realizar las lecturas.
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comenzó a variar la frecuencia desde aproximadamente 5 hz, notando asi una variación en la ganancia a una frecuencia determinada (tabla 1.) , en este momento podríamos determinar cuál es el ancho de banda en lazo abierto del amplificador.
VDD 15V R2 17.66kΩ 7
Vo
R1
1
5
U1
3 6
1.96kΩ
Vo
2
V1 1 Vpk 1kHz 0°
4
2
LM741CN
VEE -15V
NOTA: debido a que nuestro generador de señales no puede entregar un valor de amplitud menor a 10 mv se requirió implementar un divisor de voltaje logrando así el voltaje a la entrada deseado por el grupo, el esquema implementado se muestra a continuación: VDD
Fig.4: amplificador operacional no inversor implementado por el grupo.
Vi
15V 8
R2 3
Vo
1kΩ
V1
1
R1
2
10Ω
10mVpk 3 Hz 0°
LM358N 4
VEE -15V
Fig.7: esquema utilizado para medir el ancho de banda del LM358 en lazo abierto, utilizando un divisor de voltaje para atenuar 100 veces aprox. la señal de entrada del sistema.
Fig.5: señales de entrada y salida de nuestro circuito implementado. Entrada(negro) y salida (rojo). CANALES
VOLT/DIV
El esquema mostrado en la figura 7 permite medir variaciones de voltaje a la salida del sistema dependientes de la frecuencia aplicada al sistema, así se puede ver más fácilmente a que frecuencia el voltaje de entrada varía notablemente, frecuencia a la cual llamaremos frecuencia de corte o ancho de banda.
TIME
CANAL 1 (negro) 1V 500uS CANAL 2 (rojo) 5V Fig.6: tabla que muestra la graduación del osciloscopio para las lecturas de ganancias.
Los cálculos matemáticos de ganancias, funciones de transferencia y realimentación están en una hoja anexa al informe.
Nota:
COMO MEDIR LA GANANCIA DE UN LM 358
(UNA IDEA)
Para medir la ganancia del op amp LM 358 se optó por ingresar una diferencia de potencial muy pequeña, en este caso 100 uV entre los terminales v+ y v- lo cual va a permitir ver cuál es el factor de ganancia en lazo abierto que tiene el amplificador operacional basándonos en la siguiente ecuación: Vout = G*(V+ − V−)
COMO MEDIR EL ANCHO DE BANDA DE UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL (UNA IDEA)
Debido a que el ancho de banda de un sistema en lazo abierto es el rango de frecuencia en el que la ganancia se mantiene casi intacta se implementó un circuito en lazo abierto con el integrado LM 358, se le aplicó una entrada a sus terminales v+ y v- de 100 uV y se
G= factor de ganancia (lazo abierto) V+ = entrada no inversora V- = entrada inversora Vout = Salida NOTA: la ganancia hallada de esta forma se denomina: GANANCIA EN LAZO ABIERTO.
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONAL – DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DISEÑO ELECTRONICO III CUADRO DE RECOLECCION DE DATOS
VDD Vi
15V TABLA. 1. : TABLA COMPARATIVA DE VALORES REALES E IDEALES DE LOS A MPLIFICADORES OPERACIONALES
8
R2 3
Vo
1kΩ
V1 10mVpk 3 Hz 0°
3
LM 358
1
R1 10Ω
2
LAZO
ABIERTO
LM358N
358 INVERSOR
358 NO INVERSOR
TEORICO=
TEORICO=
4
BW
TEORICO=
7.5HZ
1 MHZ
1 MHZ
VEE -15V
Fig.8: Esquema propuesto para medir la ganancia de lazo abierto del op amp LM358.
G(V)
REAL= 15 HZ
REAL= 121 KHZ
REAL= 121 KHZ
TEORICA=∞
TEORICA=11 V / V
TEORICA= 11V / V
REAL= 90 KV
REAL= 10 V / V
REAL= 10V
RUIDO
NOTA:
el grupo no encontró la forma de medir la afectación por ruido del sistema. CONCLUSIONES
Se pudo constatar que la ganancia en lazo abierto de un amplificador operacional es muy grande y que está por el orden de 50.000 a 100.000 veces la entrada, donde la entrada es la diferencia de potencial entre sus terminales v+ y v-. Esta ganancia en lazo abierto se puede ver única y exclusivamente dentro del rango de frecuencias que componen el ancho de banda en lazo abierto, que experimentalmente está en el rango de 7hz a 20 hz aproximadamente, en nuestro caso particular el ancho de banda de nuestro amplificador es de 15 hz, valor frecuencial en el cual la ganancia comienza a atenuarse considerablemente.
Se determino que la respuesta en frecuencia de un op amp se comporta como un filtro pasa bajo donde su frecuencia de corte para una ganancia de 10v/v es de 121 khz para nuestro caso , sin embargo esto depende de la polarización y la ganancia que se requiera en el sistema, el ancho de banda en un amplificador operacional es inversamente proporcional a la ganancia generada por el mismo.
Debido a que el amplificador operacional se comporta como un filtro pasa bajos, debe tener por consiguiente un gráfico que desfasa las señales de entrada y de salida de acuerdo a las frecuencia aplicada a su entrada, por lo tanto en lazo abierto al aplicar diferentes frecuencias las fases de entrada y de salida variaban considerablemente una de la otra; al realimentar nuestro circuito, las variaciones en fase se hacían casi imperceptibles para algunos rangos de frecuencias, es decir que la realimentación
Fig.9: señales mostradas por la simulación donde se puede observar la ganancia en lazo abierto del amplificador operacional LM358. La ganancia obtenida en la simulación es de aprox. 50V/mV (50.000) CANALES
VOLT/DIV
TIME
CANAL 1 (naranja) 100uV 200mS CANAL 2 (rojo) 5V Fig.10: tabla que muestra la graduación del osciloscopio para las lecturas de ganancias de la fig 9.
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONAL – DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DISEÑO ELECTRONICO III de alguna u otra forma mejora considerablemente la respuesta de fase de nuestro sistema.
La realimentación en un amplificador permite generar mejoras tanto en ganancias como en fase de nuestros sistemas, generando así comportamientos deseados para nuestras aplicaciones prácticas.
Se determinó que es imposible generar ganancias muy grandes en un amplificador operacional sin sacrificar el ancho de banda de respuesta del sistema y viceversa.
El grafico de respuesta en frecuencia de un amplificador operacional permite ver el comportamiento del mismo a diferentes frecuencias tanto en fase como en ganancias, el grupo pudo constatar como nosotros podemos movernos a través del grafico de acuerdo a la polarización y ganancia deseada, es imposible polarizar un amplificador operacional fuera de este rango de funcionamiento.
REFERENCIAS [1] apuntes proporcionados en clase por el docente encargado del área.
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