DISPOSITIVOS Y CIRCUITOS ELECTRÓNICOS II LABORATORIO Nº 1 CONFIGURACIONES BÁSICAS DEL OPAM”
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Dieciocho (18) INFORME INTEGRANTES: Ríos Blas, Anghelo Inza Loayza, Jose SECCIÓN: C15 – C15 – 4 4 – A – A PROFESOR: Robalino Gómez, Ramón Fecha de realización: 15 de Febrero Fecha de presentación: 22 de Febrero
2012 – I I
Contenido I.
FUNDAMENTO TEÓRICO .................................................................................................................... 3
II.
PROCEDIMIENTO ................................................................................................................................ 4
III.
OBSERVACIÓN ................................................................................................................................ 9
IV.
CONCLUSIONES .............................................................................................................................. 9
Falta índice!
Buen informe, sería excelente con menos faltas ortográficas.
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I.
FUNDAMENTO TEÓRICO
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL En lugar de pensar en los componentes internos, como transistores, tubos u otros, se pensará en términos generales y considere el amplificador como una caja con sus terminales de entrada y salida.
Figura Nº1
En la figura 1 se muestra un amplificador idealizado. Es un dispositivo de acoplo directo con entrada diferencial, y un único terminal de salida. Una señal positiva en la entrada inversora (), produce una señal negativa a la salida, mientras que la misma señal en la entrada no inversora (+) produce una señal positiva en la salida. Con una tensión de entrada diferencial, Vd, la tensión de salida, Vo, será a Vd, donde A es la ganancia del amplificador. Ambos terminales de entrada del amplificador se utilizarán siempre independientemente de la aplicación. La señal de salida es de un sólo terminal y está referida a masa, por consiguiente, se utilizan tensiones de alimentación bipolares (±) Teniendo en mente estas funciones de la entrada y salida, podemos definir ahora las propiedades del amplificador ideal. Son las siguientes: 1. La ganancia de tensión es infinita:
A=
2. La resistencia de entrada es infinita:
Ri=
3. La resistencia de salida es cero:
Ro = 0
4. El ancho de banda es infinito:
BW=
A partir de estas características del AO, podemos deducir otras dos importantes propiedades adicionales. Puesto que, la ganancia en tensión es infinita, cualquier señal de salida que se desarrolle será el resultado de una señal de entrada infinitesimalmente pequeña. Luego, en resumen: La tensión de entrada diferencial es nula. También, si la resistencia de entrada es infinita. No existe flujo de corriente en ninguno de los terminales de entrada
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II.
PROCEDIMIENTO
1) Amplificador Inversor.
Imagen Nº2 – Circuito e implementación
a) Ajustamos el generador de funciones para que nos proporcione una onda senoidal de 100mVp con una frecuencia de 1KHz. b) Con el osciloscopio observamos la señal de entrada y la de salida y comparamos con los valores teóricos que a continuación se va a calcular. Al Conectar el osciloscopio se observó la siguiente señal.
Imagen Nº3 – Gráfica de señal de entrada y salida Como se puede apreciar, la señal se a invertido, es decir que la salida esta desfasada en 180º respecto a la señal de entrada (onda amarilla) además poseen la misma amplitud. Esto
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se debe a que la ganancia es -1, esto hace referencia al nombre que lleva este circuito, amplificador inversor.
CALCULO TEÓRICO: Puesto que el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollará su tensión de salida, V0, con tensión de entrada nula. Ya que, la entrada diferencial de es: Vd = Vp – Vn Donde Vp es la entrada positiva y la otra negativa. Donde Vp=0 y Vn=0, ya que es la tierra virtual en este tipo de configuración. Entonces toda la tensión de entrada Vi, deberá aparecer en R1, obteniendo una corriente en R1 . I=Vin/R1 Toda la corriente I que circula por R1 pasará por R2, puesto que no se derivará ninguna corriente hacia la entrada del operacional (Impedancia infinita), así pues el producto de I por R2 será igual a - Vout I=-Vout/R2
Por lo que:
Luego la ganancia del amplificador inversor:
Y en nuestro caso las resistencias son las mismas, así que la ganancia es -1.
¿Qué pasa si quitamos R2 (o RF)? Sucede que ya no se aplica el proceso de control, es decir que ya no se esta controlando la amplificación, en este caso el OPAM se satura, obteniendo +/-10V en la salida de la señal, además matemáticamente si R2 se quita es como reemplazarla por una resistencia de alto valor, y eso hace que la ganancia cresta, tanto así que se satura.
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2) Amplificador no Inversor. Se seguirán los mismos pasos que el procedimiento anterior.
Imagen Nº4 – Circuito e implementación
Al Conectar el osciloscopio se observó la siguiente señal.
Imagen Nº5 – Gráfica de señal de entrada y salida
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En esta imagen claro esta que la señal de entrada y salida están en fase, y que el factor de amplificación es 2, ya que tiene el doble de amplitud. Esto se demuestra de la siguiente manera. CALCULO TEÓRICO: En este circuito, la tensión V i se aplica a la entrada (+), y una fracción de la señal de salida, Vo, se aplica a la entrada (-) a través del divisor de tensión R 1 - R 2. Puesto que, no fluye corriente de entrada en ningún terminal de entrada, y ya que V DIFERENCIAL = 0, ya que la tensión en ambos puntos son iguales para esa configuración, la tensión en R1 será igual a V i. Así pues Vi=I.R1 y como: Vo=I(R1+R2) tendremos pues que:
Que es la ecuación característica de ganancia para el amplificador no inversor ideal. Si se remplazan los valores, nos sale que se a amplificado en 2.
¿Qué pasa si quitamos R2 (o RF)? Lo que sucede es que el opam se satura, ya que la ganancia se incrementa más allá del límite. 3) Seguidor de tensión o buffer Montamos el circuito de la figura:
Imagen Nº6 – Circuito e implementación
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Usamos la misma señal que utilizamos en los anteriores circuitos y conectamos el osciloscopio y se observó lo siguiente:
Imagen Nº7 – Gráfica de señal de entrada y salida
Como se puede apreciar se obtiene la misma señal en la salida y la entrada, en este circuito, la resistencia de entrada se ha incrementado hasta infinito, y R F es cero, y la realimentación es del 100%. V0 es entonces exactamente igual a Vi, dado que Es = 0. La ganancia es la unidad.
4) Amplificador Sumador Inversor Armamos el circuito mostrado, y rellenamos la tabla : VDD
VCC
-12V
12V
R3 R6
R7
10kΩ
10kΩ
150kΩ 4
U1
R1 2
150kΩ
R4
R5
1kΩ
2kΩ
R2
6 3
7
150kΩ
1
5
VCC 12V
Imagen Nº8 – Circuito
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TL081ACD
XMM1
Rf ó R3=150K
Tensiones de entrada
Tensiones de salida
R1
R2
V1
V2
Vo Real
Vo Teórico
151k
151k
1.09
1.98
-3.72
-3.07
22k
47k
1.09
1.97
-10.38
-13.75
47k
33k
1.08
1.97
-10.38
-12.47
Tabla N1 Para hallar la tensión de salida teórico utilizamos la siguiente fórmula:
Como se puede apreciar, en las dos últimas pruebas los datos no coinciden, esto se debe a que el OPAM tiene un límite, y en este caso es el de +/-10.38, es por ello que no puede amplificar más alla de ese valor, y por ello obtuvimos ese valor.
III.
Se encontró opam sin funcionamiento correcto, estas deben ser cambiadas para evitar errores en los datos de otros alumnos. Se debe de tener cuidado con la polaridad del dispositivo. Se necesita dos fuentes para el correcto funcionamiento del OPAM.
IV.
OBSERVACIÓN
CONCLUSIONES
EL Opam Presenta una alta resistencia en la entrada muy alta y en la salida casi cero. El Opam logra hacer operaciones matemáticas, en este caso se hizo la suma. El seguidor de tensión es muy utilizado por la alta impedancia de entrada. No se debe de sobrepasar los límites de opam, es decir la tensión máxima de amplificación. El Opam en la configuración de Amp. No inversor no puede atenuar, a lo máximo que llega es a amplificar por unida. La tensión en las entradas del Opam son las mismas.
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V.
APLICACIÓN
Ya que nos piden una amplificación de 10dB tenemos que utilizar la siguiente fórmula para llevarlo a una razón de resistencias. dB=20Log(Rf/Ri). -
Utilizamos un buffer para obtener una alta impedancia en la entrada, para luego amplificar las entradas en 10 dB y en la última etapa sumamos en invertimos las señales para obtener una señal sin desfasaje.
VDD
VCC -12V
12V R7
VDD
XFG1
VDD
-12V
165Ω
XSC1
12V
U1
4
Ext Trig +
U2
4 2
_
R2 6
2
1
5
+
6
14Ω
14Ω
3 7
741 7
1
741
5
VCC
U7
4
12V
2
VDD
6
R8 -12V
3
165Ω 4
7
U8 4
2
U3
R3 6
2
R15
100Ω
3
7
1
5
6
14Ω
3
741 7
1
741
5
VCC 12V VDD R9
-12V
XFG3 4
165Ω
U9
4 2
U4
R4 6
2
R16
100Ω
3
6
14Ω
3 7
1
5
741 7
1
741
5
VCC 12V VDD R10
-12V
XFG4 4
165Ω
U10
4 2
U5
R5 6
2
R17
100Ω
3
7
1
5
6
14Ω
3
741 7
1
5
741
VCC 12V VDD
R11 -12V
XFG5
165Ω 4
U11
U6
4
R6
2
2 6
R18
100Ω
6
3
14Ω
3 7
1
5
741
7
1
5
741
VCC 12V
Página 10
1
B
A
R13
R14
100Ω
3
XFG2
VCC -12V
5
741
_
+
_
Solución alternativa VDD
VCC -12V
12V R7 VDD 165Ω
VCC -12V
4
12V
XSC1
Ext Trig +
U2
2
B
A +
6
_
+
14Ω
14Ω
3
_
R13
R14
R2 7
1
5
4
741
U7
100Ω 2
R3
6 3
100Ω
7
R4
1
5
741
100Ω
R5 100Ω
R6 100Ω
Este puede ser una solución alternativa, ya que también presenta una impedancia alta en la entrada, al final se vuelve a invertir toda la señal sumada y como resultado obtenemos lo deseado. La ventaja es que se utiliza menos dispositivos, además de espacio energía y más.
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