Aspectos básicos del del amplificador operacional Lozano P. Henry Cód 1228599, Pereira P. William G Cód 1230236, Martinez S. Ever F. Cód 1122024 Universidad del Valle, Facultad de Ingeniería, Tecnología en Electrónica, Circuitos Integrados. Resumen operacional LF 353. Estos aspectos Se realizó el análisis de aspectos básicos del amplificador operacional preliminares preliminares mostraron valores como 0.8 mV de voltaje offset el cual es mucho más bajo que el ofrecido por la hoja de especificaciones especificaciones lo cual es una característica notable para ese circuito integrado. Se culmina con una tabla que muestra las características principales de algunos de los amplificadores amplificadores operacionales más comunes en el mercado y se hacen las respectivas comparaciones según sus aspectos básicos.
1. Introducción
Los amplificadores son circuitos integrados que hoy en día se consideran los circuitos más importantes debido a su versatilidad. Desde 1955 cuando se sustituyó el primitivo amplificador operacional con válvulas, por el amplificador operacional con transistores, y su posterior mejoramiento, se han realizado muchos circuitos de aplicación con mayor eficiencia en campos como control industrial, instrumentación nuclear, instrumentación médica, entre otros. En el presente informe de laboratorio queda consignado la medición que se realizó al amplificador operacional LF 353.
2. Procedimiento
Se procedió a tomar las medición respecto al circuito que se muestra en la figura No. 1
!"#$%& () *"%+$",- .&%& /01"% .&%2/0,%-3 10 10345- 106 7. 8/. 9! :;:
Por medio de la siguiente expresión se determinó el parámetro de desvío. !!"
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Tabla 1 Valores de desvío del LF 353 experimentales
El último valor de la tabla 2, la corriente IB2 se obtuvo utilizando calculando que Rc = R1 // Rf, se puede notar que el valor fue demasiado pequeño como para que esa corriente de polarización haga alguna incidencia. Respuesta en frecuencia.
Se realizó el montaje de la figura 2.
Rf (k!)
R1 (k!)
R2 (k!)
Vo
Vio (V)
10
0.1
0
-8.10E-02
-8.02E-04
10
0.1
100
-8.06E-02
-7.98E-04
1000
100
100
-8.90E-03
-8.09E-04
1000
100
0
-8.85E-03
-8.05E-04
100
10
0
-8.70E-03
-7.91E-04
100
10
9.090
-1.32E+01
-1.2
El valor promedio de Vio = -8.01x10-4 desviación estándar S Vio = 6.89x10-6 Los voltajes Va y Vb medidos en el laboratorio fueron los siguientes:
<&=6& > ?&6-%03 10 ?&@ ?=@ AB(@ AB>)
Va
Vb
IB1
IB2
-8.00E-04
0.00E+00
-8.00E-06
#¡DIV/0!
-8.20E-04
-5.00E-06
-8.20E-06
-5.00E-08
-8.20E-04
-4.00E-05
-8.20E-09
-4.00E-10
-8.20E-04
0.00E+00
-8.20E-09
#¡DIV/0!
-8.20E-04
0.00E+00
-8.20E-08
#¡DIV/0!
-1.22E+00
0.00E+00
-1.22E-04
0.00E+00
!"#$%& >) *"%+$",- .&%& /01"% %03.$03,& 0C F%0+$0C+"&)
Se hizo lo especificado en el punto No. 2 de la guía en la respuesta de frecuencia, para llenar la siguiente tabla:
<&=6& G) H03.$03,& 0C F%0+$0C+"&
Frecuencia (kHz) 0.01
Vo
Vi
Avo(dB)
0.1
5.08 5.08
0.20 0.20
28.10 28.10
0.5
5.08
0.20
28.10
1
5.08
0.20
28.10
100
5.00
0.20
27.96
250
1.50
0.20
17.50
500
1.20
0.20
15.56
1000
0.72
0.20
11.13
<&=6& :) ?&6-% 10 6& +-%%"0C,0 10 .-6&%"D&+"EC
2000
0.40
0.20
6.02
IB -4.125E-06 -4.300E-09 -6.100E-05
4900
0.20
0.20
0.00
Para calcular el valor de IB se hizo el promedio de IB1 y IB2. Solo se puede hacer el cálculo con tres valores debido a con el multímetro utilizado en el laboratorio no se pudo medir el valor de Vb en algunas mediciones.
Se hizo la medida en frecuencia y se calculó la ganancia, su gráfica es la siguiente:
Reemplazando valores en la ecuación de ganancia: !!"!!" !
!
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!"
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El valor experimental en la tabla 4 muestra un valor de 27.96 para una frecuencia de 100 kHz confirmando el diagrama de bode que ofrece el fabricante. Máxima excursión de señal
I%2F"+& () I&C&C+"& J1BK 43 !%0+$0C+"& JLMDK
La gráfica 1 muestra que cuando la ganancia es 1 tiene una frecuencia aproximadamente de 4.9 MHz, mientras que la especificaciones del fabricante es 4 MHz. Con lo cual se puede comprobar que se acerca mucho a la entregada por la literatura. La Frecuencia de corte en este caso debe ser 100 kHz, debido a que siguiendo la ecuación siguiente: !!"
! !
!
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Con el mismo circuito expuesto en la figura 2 se cambiaron las resistencias R1 y R2 y se aplicó una frecuencia de 1 kHz. La tabla 5, muestra los resultados.
<&=6& ;) P2Q"/& 0Q+$%3"EC 10 30R&6
Vin
Vout
0.4
2.4
0.8
5.4
1
8
1.6
15.2
2.2
18.6
2.6
24.6
Que en decibeles (dB) sería: !!"
!"
!
!!" !!!! !"!
! ! !"
Con los datos anteriores se construyó la siguiente gráfica:
Luego observando la gráfica que entregan en la hoja de datos se puede notar que la ganancia máxima es 31 dB.
I%2F"+& >) !%0+$0C+"& 43 I&C&C+"& N&,&3O00, 9! :;:
I%2F"+& : P2Q"/& 0Q+$%3"EC 10 30R&6
Razón de rechazo de modo común
<&=6& U) *26+$6- 106 TH
Vinicial (V)
Vfinal (V)
dt (s)
Vo (V)
5
2.1
428 n
-2.85
El SR se calcula de la siguiente forma: !"
!! !
!"
!"#$%& : *"%+$",- .&%& 6& /01"+"EC 106 *PHH
Se implementó el circuito de la figura 3 y se llenó la siguiente tabla: <&=6& S) *26+$6- 106 *PHH Frecuencia (Hz)
Vi (Vpp )
Vo (Vpp )
Ad
Acm
CMRR
1
5
110 m
1000
0.022
45454.54
Medición de la rapidez de cambio (SR)
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!
!!!! !!!!!"!!
!"# !!"!
! !!
!!"#"$%&!!" ! !!
Este valor calculado es muy similar al que muestra la hoja de datos que es alrededor de los 13000000 V/s. 3. Preguntas
1. ¿De qué factores depende la amplificación, respuesta en frecuencia y máxima excursión de señal en los circuitos de la práctica? La amplificación del circuito trabajado en la práctica depende básicamente de 2 factores: un Vi que haga cumplir una Zi muy alta con una baja Zo. También de la forma de conexión de sus resistencias Rf y R1 para asegurar una operación estable con circuitería de operación interna. La respuesta en frecuencia de los circuitos trabajados depende esencialmente de la tasa máxima de cambio de voltaje de salida con la cual el OpAmp será capaz de brindar una rapidez de respuesta. La máxima excursión de señal de los circuitos trabajados en la práctica depende tanto de los parámetros de ancho de banda (BW), como la rapidez de respuesta (SR) del OpAmp.
2. Investigue que tipo de integrados permiten características de entrada-salida rail to rally. ¿Qué significa esa expresión?
!"#$%& G *"%+$",- .&%& 6& /01"+"EC TH)
Mediante la implementación del circuito de la figura 4. Se hizo la medición colocando una frecuencia de 4 kHz.
Los ICs, son integrados que entregan en su salida voltajes muy cercanos a la alimentación. Algunos de estos ICs son los OPA342, OPA2342, OPA4342. Algunas de sus principales características son su aplicación en: -Comunicación -Tarjetas PCMCIA -Procesos de control -Procesamiento de audio -Filtros activos
<&=6& V) 8/.6"F"+&1-%03 -.0%&+"-C&603 +-/$C03
A continuación se incluye comparación entre los amplificadores operacionales comunes: <&=6& W) *-/.&%&+"EC .-% CX/0%- 10 &/.6"F"+&1-%03 -.0%&+"-C&603
Tabla Comparacion OpAmp # de OpAmp LM324 4 TLO72 2 NE5532 2 LF353 2 UA741 1 LF356 1 LF351 1 LM301 1 <&=6& (Y) *-/.&%&+"EC .-% 3$3 "/.01&C+"&3)
Tabla comparacion OpAmp
Zi & Z0
CA3140
1.5T,60
LF356
1T,__
LF351
1T,__
LF353
1T,__
LM318
3M,__
LM725
1.5M,__
NE5532
300,0.3
OP27
6,__
<&=6& (() *-/.&%&+"EC .-% 3$3 ?-6,&Z03 -FF30,
Tabla comparacion OpAmp
Vos(mV)
UA741
(+/-)15
LM318
10
TL072
10
OP27
10
LM324
7
LF351
5
LF353
5
CA3140
5
<&=6& (>) *-/.&%&+"EC .-% ?-3[<
Tabla comparacion OpAmp
Vos/T
LF351
10
LF353
10
CA3140
8
LM324
7
LM301
6
LM725
6
LM318
6
LF356
5
<&=6& (:) *-/.&%&+"EC .-% A-3
<&=6& (S) *-/.&%&+"EC .-% F%0+$0C+"&3
Tabla comparacion
Tabla compracion
OpAmp
Ios(nA)
OpAmp
ft(MHz)
UA741
25
LM318
15
LF351
25
NE5532
10
LF353
25
OP27
8
NE5532
10
LF356
5
LM318
7
LF351
4
OP27
7
LF353
4
TL072
5
CA3140
3.7
LM301
3
LM725
3
<&=6& (G) *-/.&%&+"EC .-% *-%%"0C,0 B"&3
<&=6& (U) *-/.&%&+"EC .-% *PHH
Tabla Comparacion
Tabla comparacion
OpAmp
IB(nA)
OpAmp
CMRR(dB)
UA741
80
OP27
126
LM301
70
LM725
120
LF351
50
LF356
100
LF353
50
LF353
100
LM324
45
LF351
100
LM725
42
LM301
100
LF356
30
NE5532
100
LM318
30
CA3140
90
4. Conclusiones <&=6& (;) *-/.&%&+"EC .-% TH
Tabla comparacion OpAmp
SR(V/uS)
LM318
70
LM324
20
LF351
13
LF353
13
TL072
13
LF356
12
NE5532
9
CA3140
9
-
-
Los algunos de los valores obtenidos de las mediciones en el laboratorio se acercan a lo que dice las hojas de especificaciones de chip estudiado. Hay diferencia en cuanto al voltaje offset ya que el experimental fue de 0.8 mV comparado con lo que dice la literatura (5 mV) posiblemente la temperatura juega un papel importante en la obtención de este valor así como que el valor de las resistencias sea el indicado por el código de colores y no su tolerancia. El Sr se acerca mucho al valor obtenido en el laboratorio, la diferencia tal vez sea debido a los mismos parámetros de la conclusión anterior a esta.
-
El diagrama de bode concuerda con los parámeros experimentales.
5. Bibliografía
-Pertence J. Antonio AMPLIFICADORES
OPERACIONALES Y FILTROS ACTIVOS McGRAW-HILL 1991 pág. 15-27 - Boylestad Robert L, Nashelsky Louis
ELECTRÓNICA: TEORÍA DE CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 8 ED. Cap 14