UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
10
U
(Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)
FACULTAD DE Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Telecomunicaciones E.A.P INGENIERÍA ELECTRÓNICA
N
INFORME #6
ALUMNO: Rojas Bardales Mayron Alexander
M
PROFESOR: Ing. Morales San Miguel Eloy
CURSO:
S
Laboratorio Circuitos Electrónicos II CICLO: 2012-1 CIUDAD UNIVERSITARIA, Junio 2012
M
10190092
Laboratorio N° 6
AMPLIFICADOR OPERACIONAL OBJETIVO Medición de las características eléctricas de un amplificador operacional.
INFORME PREVIO 1. Definir a un amplificador operacional. Dibuje y describa las diferentes etapas del ua741. Definición: El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene la capacidad de manejo de señal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante, tiene además limites de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificación también definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se caracterizan pro su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100dB. El amplificador operacional (AO) es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, lo cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo de tierra (o el punto de referencia que se considere). Opam ua741: El amplificador operacional 741 consiste en tres etapas principales: un amplificador diferencial en la entrada, un amplificador intermedio de alta ganancia de salida simple y un amplificador de potencia en la salida. Otro conjunto de circuitos importante para su operación incluye un traslador de nivel para desplazar el nivel de DC de la señal de manera que la salida pueda tomar tanto valores positivos como negativos, circuitos de polarización para proporcionar corrientes de referencia a los amplificadores, y circuitos que protegen el amplificador operacional de cortocircuitos en la salida. El 741 esta compensado internamente en frecuencia por medio de una red capacitor-resistor interna. El amplificador esta mejorado aun más por la adición de otras etapas de amplificación, que aíslan los circuitos de entrada, y de más emisores seguidores en la salida para disminuir la impedancia de salida. Otras mejoras producen un aumento en el CMRR, mayor impedancia de entrada, respuesta en frecuencia más amplia, disminución de la impedancia de salida y aumento de potencia.
CIRCUITOS DE POLARIZACION: Se puede ver varias fuentes de corriente en el amplificador operacional 741 de la figura. Los transistores Q11 y Q12, que tienen en sus bases y colectores conectados, se utilizan como diodos y proporcionan una referencia de corriente en Rs para la etapa de salida del amplificador operacional, esta corriente de polarización se utiliza para proporcionar una corriente de referencia a Q13. Así, Q12 y Q13 forman un espejo de corriente de dos salidas. Una fuente de corriente Wildar, constituida por Q10, Q11 y R4, crea una corriente de polarización para la primera etapa. Otra fuente de corriente proporciona una carga activa para la primera etapa está compuesta por Q8 y Q9. PROTECCION DE CORTOCIRCUITO: El circuito 741 incluye varios transistores que normalmente están en corte y conducen solo en caso que exista una corriente ata en la salida. Entonces cambia la polarización en los transistores de la salida para reducir esta corriente a un nivel aceptable. En el circuito de la figura, la red de protección de cortocircuito consta de los transistores Q15 y Q21 y los resistores R11 y R9.
ETAPA DE ENTRADA: La etapa de entrada es algo complicada ya que requiere proporcionar ganancia de tensión, desplazamiento de nivel y una amplificación diferencia de salida simple. Los BJT utilizados en la etapa de entrada requieren corrientes de polarización grandes, lo cual introduce problemas de desplazamiento, a menudo se utilizan FET en la etapa de entrada. La etapa de entrada del 741 es un amplificador diferencial con carga activa formada por los transistores Q5, Q6 y Q7 y los resistores R1, R2 y R3.Este circuito proporciona una resistencia de carga alta y convierte la señal de diferencial a salida simple sin pérdida de ganancia o capacidad de rechazo común. La salida simple se toma del colector Q6. El traslador de nivel en la etapa de entrada de transistores laterales pnp, Q3 y Q4, que se conectan en configuración BC. El empleo de los transistores laterales Q3 y Q4 brinda una ventaja adicional. Estas ayudan a proteger los transistores de entrada, Q1 y Q2, contra la ruptura de a unión base-emisor. La unión base-emisor de un transistor npn se rompe cuando la polarización inversa excede aproximadamente 7V. La ruptura en los transistores laterales no se produce hasta que la polarización inversa excede alrededor de 50V. Como los transistores están en serie con Q1 y Q2, aumenta la tensión de ruptura del circuito de entrada. ETAPA INTERMEDIA: En varios amplificadores operacionales las etapas intermedias proporcionan ata ganancia a través de varios amplificadores. En el741, la salida simple de la primera etapa se conecta a la base de Q16, que es una configuración emisor-seguidor. Esto proporciona una alta impedancia de entrada a la etapa de entrada, lo cual minimiza los efectos de carga. La etapa intermedia consta también de los transistores Q17 y Q18 y los resistores R11 y R12. La salida de la etapa intermedia se toma del colector de Q17 y se proporciona a Q14 a través de un divisor de fase. El capacitor en el 741 se utiliza para compensación en frecuencia. ETAPA DE SALIDA: Se requiere que la etapa de salida de un amplificador operacional proporcione alta ganancia de corriente a una baja impedancia de salida. La mayoría de estos amplificadores utiliza una etapa de salida simétrica de complementaria para ganar más eficiencia sin sacrificar ganancia de corriente. El amplificador de salida simple tiene una eficiencia máxima de solo 25%. Algunos amplificadores operacionales
utilizan un par Darlington de simetría complementaria para aumentar la capacitancia de salida. La etapa de salida simétrica complementaria en el 741 consiste en Q14 y Q20. 2. Describa e investigue sobre las características eléctricas del amplificador operacional ua741. Se acostumbra idealizar el amplificador operacional, por lo que podemos considerar la resistencia de entrada nula y la resistencia de salida infinita. También son infinitos la ganancia de voltaje y el ancho de banda.
3.Demuestre las siguientes expresiones que serán experimentadas (ver procedimiento). Vos, Ib1, Ib2, Ice, CMRR. a) Medición de su voltaje offset.
( ) ( )
(
) ( )
( )
(
)
b) Medición de las corrientes de polarización. Al tener SW1 abierto y SW2 cerrado, hallaremos la corriente que pasa por la puerta inversora y se calculara así:
Al tener SW1 cerrado y SW2 abierto, hallaremos la corriente que pasa por la puerta no inversora y se calculara así:
Al tener SW1 y SW2 abiertos, tendremos la corriente offset que se calculara así:
c) Medición del factor de rechazo de Modo Común. La ganancia en Modo Diferencial es:
La ganancia en Modo Común es:
Por lo tanto el CMRR se calcula de la siguiente forma: (
|
|
(
) (
)
)
4. ¿Cual es la razón de utilizar condensadores de 0.01uF para las medidas de la corriente en la polarización (Ver circuito)? Para obtener la corriente de polarización a las entradas del amplificador operacional mediante la medida de la derivada de continua de la salida del integrador. Utilizando la tensión de entrada nula, la salida no debería cambiar (el circuito integrador de 0 es 0), incluso si el switch está abierto. Al momento de abrir el switch observaremos Vo. Veremos cuidadosamente el tiempo que tarda la tensión de salida de subir desde 0 voltios hasta algún valor conveniente (2V o 5V). Basado en ec=so mediremos la corriente, la cual es la corriente de polarización.
