Prácticas de
Electrónica Analógica 2º Curso de Ingeniería de Telecomunicación
Universidad de Zaragoza Curso 1999 / 2000
PRACTICA 1. Amplificador operacional. Etapas básicas. Entramos en esta sesión en contacto con los circuitos integrados y en concreto con el amplificador operacional, del cual vamos a estudiar un amplio conjunto de etapas lineales. Con el amplificador operacional 741, polarizado a +12 y -12 voltios, y con señales de 500Hz (en principio), se realizarán y comprobarán las etapas siguientes:
Offset NC V CC+ V CC+ v v
-
8 v
1.- Seguidor de tensión
o
6
null 5
741
o
+
V CC-
7
v
1
2
Offset
v
-
3
4
v
V CC-
+
null
Amplificador no inversor con ganancia 1. Fijar una onda senoidal de 2V. en el generador de señales y cargar directamente sobre ella una resistencia de 470Ω comprobando lo que sucede. Conectar luego la carga a través del seguidor de tensión, comprobando el resultado.
2.- Etapas no inversoras de ganancias 10 y 50 e inversora de ganancia 100 Cuando la ganancia es alta tiene importancia la tensión de offset VIO; se puede realizar la correspondiente compensación. Medir el ancho de banda de las etapas de ganancia 50 y 100.
3.- Derivador Diseñarlo de forma que su ganancia para frecuencias de 500Hz sea la unidad y comprobar la diferenciación con onda senoidal, triangular y cuadrada.
4.- Integrador Diseñarlo con ganancia 1 para frecuencia de 1kHz, con una resistencia R >> 600Ω, para que no afecte al generador. Conectar la resistencia R1 en paralelo con el condensador para evitar la saturación en continua. v Calcularla de forma que permita integrar señales de más de I 100Hz y que su error en continua sea menor que 50mV.
R1 C R vo
Comprobar la integración sobre onda senoidal, triangular y cuadrada. Las ondas de entrada no deben tener la más mínima componente continua; comprobar, en concreto, la integración sobre una tensión continua positiva y sobre una negativa.
5.- Sumador Diseñarlo para ganancia 4 y comprobarlo, sumando: a) dos ondas senoidales de igual amplitud y frecuencias muy diferentes: una diez veces la otra, como mínimo. b) dos ondas senoidales de igual amplitud y frecuencias próximas.
6.- Restador Diseñarlo para ganancia 2, y comprobarlo introduciendo primero una onda por una sola entrada y, luego, la misma onda por las dos entradas.
Prácticas de Electrónica Analógica
1
PRACTICA 2. Amplificadores de instrumentación Utilizando el A.O. LM324 y/o 741, alimentados a ± 12 V, realizar los siguientes circuitos:
1.- Amplificador de instrumentación Diseñar y montar el amplificador de instrumentación de la fig.1, con ganancia ajustable entre 2 y 10. R1 se compondrá de una resistencia R A en serie con un potenciómetro R B de 10K. Medir las ganancias en modo diferencial y en modo común, para los ajustes extremos del potenciómetro. Vcc14
13
12
11
v1 10
9
R
R
8
R2 4
3
LM324 1
1
Out 1
v
R1
2
In 1 -
3
In 1 +
4
5
6
o
R2
2
R
7
Vcc+
R
v2
Fig. 1
2.- Conversor V/I
Montar el conversor V-I de la fig. 2, con una relación i L /vI = -0,1mA/V, utilizando valores de R1 = R2 = 10K. a) Comprobar la respuesta con cargas de 1K, 10K y 100K. b) Medir cuál es la intensidad máxima con cada una de las cargas anteriores y justificar los resultados.
3.- Conversor I/V Conectar la salida del circuito anterior, eliminando la conexión a tierra de la carga R L, a un conversor I-V (fig. 3) con respuesta de -10V/mA. Usar cualquiera de los valores de R L. a) Comprobar la relación vO /vI del conjunto. b) ¿Cuál es el máximo valor de tensión a la salida y por qué? R1
R2
vI
R5 R4
IL
R3
F ig . 2
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vo
RL
F ig . 3
2
PRACTICA 3. Amplificador operacional. Comparadores. Con el amplificador operacional 741, polarizado a + 12 y - 12 voltios, se diseñarán, montarán y comprobarán las etapas indicadas abajo. Para visualizar su salida, se utilizará un LED, cuando trabajemos a frecuencias bajas (del orden de 1Hz), y el osciloscopio para frecuencias más altas. Se observará la tensión de entrada en el osciloscopio para medir las tensiones de conmutación. Las variaciones de la tensión de entrada para los comparadores pueden obtenerse de dos maneras: a)
Mediante un potenciómetro de 10K conectado entre +12 y -12V para variar manualmente la tensión de entrada de forma lenta (fig. 1), y visualizar la respuesta con un LED.
b)
Mediante el generador de señales, usando una onda triangular del orden de 1kHz de frecuencia para poder visualizar la respuesta con el osciloscopio.
+12 vI
10K
-12
Fig. 1
1.- Comparador de nivel a) Utilizando señal senoidal, comprobar su comportamiento como discriminador de polaridad de la tensión (comparador con 0). b) Mediante una onda cuadrada a la entrada, determinar el tiempo de conmutación de la salida y, por tanto, la frecuencia máxima de utilización del operacional como comparador.
2.- Comparador de ventana Montar un comparador de ventana con umbrales de 4 y 6 voltios. Dichas tensiones se pueden obtener mediante sendos divisores de tensión de la alimentación de +12V. Comprobar el funcionamiento y medir las tensiones umbrales obtenidas.
3.- Comparador con histéresis no inversor a) Diseñarlo para tensiones de comparación de mediante un LED.
+4 y -4V
y visualizar su funcionamiento
b) Utilizando la representación X-Y del osciloscopio, observar su función de transferencia v o / vi.
4.- Comparador con histéresis inversor Diseñarlo para una anchura del ciclo de histéresis de 6V. Conectar la resistencia R 1 a un potenciómetro entre +12 y -12V, según la figura, para poder aplicar una tensión continua V R ajustable al comparador. a) Visualizar el funcionamiento de la etapa, al variar la tensión de referencia VR mediante el potenciómetro. Comprobar que la anchura del ciclo no se modifica. b) Utilizando la representación X-Y del osciloscopio, observar su función de transferencia v o / vi (el lazo de histéresis) y su desplazamiento mediante VR.
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+12V
v I
vO
V R
R1
R2
-12V
3
PRACTICA 4. Generadores de onda. Con el amplificador operacional 741, polarizado a +12 y -12 voltios, se diseñarán, montarán y comprobarán las etapas indicadas abajo.
1.- Astable a) Diseñarlo para frecuencia de 1kHz con R = 100K, y observar su funcionamiento mediante el osciloscopio (fig. 1). b) Situar en paralelo con R, una resistencia R' << R en serie con un diodo (1N4148), y observar el comportamiento de la etapa como generador de pulsos.
2.- Temporizador Montar un monoestable de 10 segundos de anchura de pulso y disparo manual (fig. 2). Comprobar el periodo de temporización. a) Comprobar qué problema presenta este circuito si se redispara el monoestable nada más acabar la temporización.
Fig. 1
b) Modificar el circuito para evitar dicho problema, es decir, para que el monoestable sea redisparable al instante de acabar la temporización. c) Modificar el circuito para que el monoestable genere un pulso negativo.
3.- Generador de señal triangular a) Diseñar un generador de onda triangular y cuadrada de frecuencia 500Hz y amplitud 6V. Visualizar las señales de salida de ambos AO con el osciloscopio.
Fig. 2
b) Modificar el circuito para poder modificar el nivel de continua de la señal triangular mediante un potenciómetro.
4.- Generador de señal de barrido a) Modificar el circuito anterior para generar una señal en diente de sierra con tiempos de 1 ms para la rampa descendente y de 50 µs para la rampa ascendente. b) Utilizar este circuito como conversor tensión-frecuencia (fig. 3) y medir la relación de conversión (Hz/V). La tensión a convertir se puede obtener de un potenciómentro conectado entre la alimentación y tierra. V
R EXT
C
R' AO 1 AO2
R2
R' << R
vo
R1
Fig. 3
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4
PRACTICA 5. Rectificadores de precisión y osciladores 1.- Rectificador de media onda de precisión a) Montar el rectificador de media onda de precisión de la fig. 1. Comprobar para señales pequeñas la diferencia con un rectificador realizado con diodo.
v I
v A
b) Observar el error entre entrada y salida producido para frecuencias elevadas (p. ej. 1kHz). ¿A qué es debido?
vO R L
Fig. 1
2.- Rectificador de onda completa de precisión Montar el rectificador de media onda de precisión de la fig. 2. Comprobar para señales pequeñas la diferencia con un rectificador realizado con puente de diodos. R R
R D1
vA
R’
R/2
vO
D2
v I
Fig. 2
3.- Osciladores a) Construir un oscilador en puente de Wien (fig. 3) de frecuencia 1kHz. Ajustar la ganancia del oscilador mediante un potenciómetro de 10K en serie con la resistencia R 2. f o =
1
R2 ≥ 2 ⋅ R1
2 ⋅ π ⋅ R ⋅ C
b) Construir un oscilador de retardo de fase (fig. 4) de frecuencia 1kHz. Ajustar la ganancia del oscilador mediante un potenciómetro en serie con la resistencia R 2. f o =
R1
1
R2 ≥ 29 ⋅ R
2 ⋅ π ⋅ 6 ⋅ R ⋅ C
R2
R R
R2
C
vO
R
Fig. 3
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C
vO
C
C
R
R
C
Fig. 4
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PRACTICA 6. Limitaciones de las etapas lineales con AO. Se pretende conocer algunas limitaciones del amplificador operacional, su importancia y la forma de superarlas. En la segunda parte nos centramos en la realización de una etapa de potencia, obviando la limitación de intensidad. Utilizando el AO 741, alimentado entre +15 y -15V, observar los siguientes parámetros, y medirlos con la mayor precisión posible :
1.- Corriente de polarización de entrada
1M
a) Medir la tensión vo en el seguidor de tensión de la fig. 1, con la entrada no inversora conectada a masa. Deducir el valor de la corriente de polarización.
vi
vo
b) Añadir una resistencia de 1M para compensar el efecto de la corriente de polarización y observar la compensación. Fig. 1
2.- Tensiones máximas de salida, positiva y negativa Montar una etapa no inversora de ganancia 5. a) Aplicar una señal de baja frecuencia para no superponer el efecto del slew-rate (p. ej. 500Hz). Medir las excursiones máximas de la salida con carga R L de 10K y de 1K. b) Observar la limitación adicional de la tensión de salida al aumentar la frecuencia. c) Medir el slew-rate del AO.
3.- Intensidad máxima de salida Fijar una onda de salida de 8V de pico, 500Hz, en la etapa del apartado anterior sin resistencia de carga. A continuación colocar una carga R L = 100Ω, medir la tensión de salida y deducir las intensidades máximas de salida del amplificador operacional.
4.- Etapa de potencia con amplificador operacional Montar el circuito de la fig. 2: amplificador no inversor de ganancia 5, con etapa de salida en simetría complementaria.
V CC+ 22K
a) Comprobar que supera la limitación en intensidad del AO.
5 K6
BD533
b) Medir la ganancia de la etapa.
v v
c) Medir la máxima potencia que suministra y el rendimiento máximo de la etapa. d) ¿Se observa distorsión de cruce por cero? Razonar qué ocurre al aumentar la frecuencia. e) Observar la distorsión de cruce por cero si se toma la realimentación del AO de las bases de los transistores.
Prácticas de Electrónica Analógica
i BD538
BD533 / 53 8
B
C
o
RL 100 4W
V CC-
E
Fig. 2
6
