AMPLIFICADORES OPERACIONALES UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS-ESPE Buenaventura J, Corella, J. RESUMEN A partir de nuestro amplificador con el integrado LM741, Al ensamblar nuestro primer circuito amplificador inversor, verificamos si con los voltajes de entrada y voltajes de salida, obtenemos una ganancia, con ciertas resistencias R1=1kΩ y R2=10kΩ ya calculadas. Verificamos si al poner una resistencia en paralelo a la resistencia 1 se produce algún cambio en nuestra ganancia. Al ensamblar nuestro segundo circuito amplificador no inversor, verificamos si con los voltajes de entrada y voltajes de salida, obtenemos una ganancia, con ciertas resistencias R1=1kΩ y R2=300kΩ ya calculadas. Verificamos si al poner una resistencia en paralelo a la resistencia 1 se produce algún cambio en nuestra ganancia. Finalmente tabulamos los datos y repetimos 2 veces más cada circuito variando sus R1 y R2, para comprobar las diferentes ganancias que podemos obtener.
ABSTRACT From our integrated amplifier with LM741, when assembling our first inverting amplifier circuit, check if t he input voltages and output voltages, we obtain a gain, with some resistors R1=1k Ω and R2=10kΩ and calculated. Check to see if by putting a resistor in parallel with the resistor 1 is any change in our profit. By joining our second non-inverting amplifier circuit, check if the input voltages and output voltages, we obtain obtain a gain, with certain resistances R1 = 1kΩ and R2 = 300kΩ and calculated. Check to see if by putting a resistor in parallel with the resistor 1 is any change in our profit. Finally tabulated data and repeat 2 more times each circuit by varying its R1 and R2, to check the different gains we can get.
INTRODUCCIÓN Amplificador Operacional El concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los computadores analógicos, en los que comenzaron a usarse técnicas operacionales en una época tan temprana como en los años 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas características de operación estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados. Cambiando los tipos y disposición de los elementos de realimentación, podían implementarse diferentes operaciones analógicas; en gran medida, las características globales del circuito estaban determinadas sólo por estos elementos de realimentación. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los
amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseño de circuitos. (Cubano, 2010)
Amplificador Operacional LM741 Este circuito integrado contiene internamente un amplificador diferencial (es capaz de amplificar la diferencia de dos tensiones de entrada) construido principalmente a partir de transistores transistores y resistencias. (Jalon, 2011) En la Ilustración 1 se muestra su símbolo y en la Ilustración 2 aspecto real.
Ilustración 2 Amplificador símbolo
Alta ganancia de tensión en lazo abierto (sin conectar ningún componente entre la salida y cualquiera de las entradas) con pequeños valores de tensión en los terminales de entrada se consiguen grandes tensiones de salida. (Jalon, 2011)
AMPLIFICADOR INVERSOR Ilustración 3 Amplificador real LM741
Aunque el chip dispone de ocho patillas (pines) tres de ellas se reservan para funciones especiales el resto, tienen asignadas las siguientes funciones:
Pin Nº 2: entrada de señal inversora.
Pin Nº 3: entrada de señal no inversora.
Pin Nº 6: terminal de salida.
La figura 2 ilustra la primera configuración básica del AO. El amplificador inversor. En este circuito, la entrada (+) está a masa, y la señal se aplica a la entrada (-) a través de R1, con realimentación desde la salida a través de R2. (Cubano, 2010)
Pin Nº 7: terminal de alimentación positiva (Vcc) Pin Nº 4: terminal negativa (-Vcc)
de
alimentación Ilustración 4 Circuito Amplificador Inversor
La alimentación del circuito puede realizar mediante una sola pila o mediante dos, en cuyo caso se denomina alimentación simétrica . El amplificador operacional recibe este nombre porque inicialmente fue diseñado para poder realizar operaciones matemáticas con señales eléctricas formando parte de los denominados calculadores analógicos. Hoy en día se emplea en infinidad de aparatos e instrumentos de la industria, medicina. etc. (Jalon, 2011)
Puesto que el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollará su tensión de salida, Vo, con tensión de entrada nula. Ya que, la entrada diferencial de A es:
Entonces toda la tensión de entrada Vi, deberá aparecer en R1, obtenido una corriente en R 1
Entre las características más importantes que posee este circuito integrado, se pueden destacar:
Vn está a un potencial cero, es un punto de tierra virtual.
Alta impedancia (resistencia) de entrada : del orden de 1 MW , lo cual implica que la intensidad de corriente por los terminales de entrada será despreciable. Baja impedancia de salida : del orden de 150 W, pudiendo atacar cualquier carga (circuito) sin que su funcionamiento se modifique dependiendo del valor de ésta.
Tensión máxima de alimentación: ±Vcc = ± 18 V. Implica que la tensión de salida nunca podrá superar a la de alimentación.
Toda la corriente I que circula por R 1 pasara por R 2, puesto que no se derivara ninguna corriente hacia la entrada del operacional (Impedancia infinita), así pues el producto de I sera igual a-Vo .
Por lo que:
Tendremos pues que:
Deben observarse otras propiedades adicionales del amplificador inversor ideal. La ganancia se puede variar ajustando bien R 1, o bien R 2. Si R2 varía desde cero hasta infinito, la ganancia variará también desde cero hasta infinito, puesto que es directamente proporcional a R 2. La impedancia de entrada es igual a R 1, y Vi y R1únicamente determinan la corriente I, por lo que la corriente que circula por R2 es siempre I, para cualquier valor de dicha R 2. (Cubano, 2010)
MATERIALES -Simulador Multisim -Amplificador Operacional LM741 -Resistencias: 1kΩ, 10kΩ, 12kΩ, 16kΩ, 20kΩ, 330kΩ -Protoboard
RESULTADOS Y DISCUSIÓN Amplificador Inversor
AMPLIFICADOR NO INVERSOR La segunda configuración básica del AO ideal es el amplificador no inversor, mostrado en la figura 3.
Una vez ya hecho el circuito Ilustración 3 procedemos a ver medir los voltajes de salida y de entrada en el osciloscopio con R1=1KΩ constante y R2=10kΩ, luego vamos variando la R2. Después para comprobar ponemos una R3 en paralelo para verificar si varia o no los voltajes. Tabla 1 Datos obtenidos del amplificador inversor
Primera Medición Segunda Medición Tercera Medición
Vout
Vin
Gmedida
460mV
45mV
10.22
520mV
45mV
11.56
900mV
45mV
20.00
Ilustración 5 Amplificador No Inversor
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 R1 - R2. Puesto que, no fluye corriente de entrada en ningún terminal de entrada, y ya que V d = 0, la tensión en R1 será igual a V i. (Cubano, 2010) Así pues
Y como
Ilustración 6 Grafica del osciloscopio con la primera medición
Amplificador Inversor Una vez ya hecho el segundo circuito Ilustración 4 procedemos a ver medir los voltajes de salida y de entrada en el osciloscopio con R1=1KΩ constante y R2=10kΩ, luego vamos variando la R2. Después para comprobar ponemos una R3 en paralelo para verificar si varia o no los voltajes. Tabla 3 Datos obtenidos del amplificador no inversor
Ilustración 7 Grafica del osciloscopio con la segunda medición
Ilustración 8 Grafica del osciloscopio con la tercera medición
Primera Medición Segunda Medición Tercera Medición
Vout
Vin
Gmedida
15.6V
55mV
283.636
5.45V
500mV
10.9
5.2V
312mV
16.67
Ilustración 9 Grafica del osciloscopio con la primera medición
En el circuito de amplificador inversor las ganancias medidas fueron las esperadas ya que en este circuito solo intervienen las resistencias y el AO LM741 que es muy preciso, entonces procedemos a calcular el error de la Ganancia calculada y la Ganancia medida.
Tabla 2 Cálculo de errores de Ganancias (calculada-medida)
Gcalculada 10 12 20
Gmedida
% Error
10.22
2,2
11.56
3,66
20.00
0 Ilustración 10 Grafica del osciloscopio con la segunda medición
frecuencias el funcionamiento del amplificador no depende de la configuración sino de él mismo. El uso de los amplificadores operacionales en sistemas de control básico, asi que es vital conocer las configuraciones de los amplificadores. Toda configuración de una salida diferente, por ello es que como ingenieros aprendamos a conocer como pedirle a un amplificador operacional que cumpla con cierta demanda que nosotros requiramos del mismo.
Ilustración 11 Grafica del osciloscopio con la tercera medición
BIBLIOGRAFÍA Cubano. (22 de Noviembre de 2010). Amplificadores Operacionales. Recuperado
En el circuito de amplificador no inversor las ganancias medidas fueron las esperadas aunque con un poco de variación ya que esta es el segundo circuito ideal de amplificador operacional ya que en este circuito solo intervienen las resistencias y el AO LM741 que es muy preciso, entonces procedemos a calcular el error de la Ganancia calculada y la Ganancia medida.
el 9 de Febrero de 2015, de http://cuba5410.blogspot.com/p/tpn5amplificadores-operacionales.html Jalon. (2 de Abril de 2011). Amplificadores. Recuperado el 9 de Febrero de 2015, de http://perso.wanadoo.es/jalons3/curso/a mplifi.htm#ampliinv
Tabla 4 Cálculo de errores de Ganancias (calculada-medida)
Gcalculada 330 10 16
Gmedida
% Error
283.636
14,049
10.9
9
16.67
4,187
ANALISIS DE RESULTADOS Los resultados obtenidos fueron los esperados ya que el amplificador operaciones es muy preciso y los circuitos son los ideales, entonces es claro que los errores son mínimos. Y se podría decir que estos circuitos nos dan un grado de confiabilidad para ser utilizados en el ámbito de aplicaciones.
CONCLUSIONES En este trabajo práctico aprendimos el funcionamiento de los amplificadores operacionales LM741, también que a altas
Kemmerly, H. (s.f.). Análisis de Circuitos en Ingenería. 7 ma Edicion.
ANEXOS Datos Calculados:
GANANCIA DE AMPLIFICADOR INVERSOR 1)
2)
3)
GANANCIA DE AMPLIFICADOR NO INVERSOR 1)
2)
1)
