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Holguín Moctezuma Luis E. Leyva Zúñiga Jorge R.
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Características de
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… .. ………………………………………………………………………
2.1 Fundamentos del amplificador o peracional……………………………. 2.2 Amplificadores operacionales en circuito integrado ………………….. 2.2.1 Terminales de alimentación………………………………………… 2.2.2 Terminal de salida……………………………………………………. 2.2.3 Terminales de entrada……………………………………………….. 2.3 Comparador de ventana …………………………………………………….. 2.3.1 Nivel de salida salida alto entre los límites ………………………….. 2.3.2 Nivel de salida bajo entre los límites …………………………… …..………………………………………………………………………… ………………………………………………………………. .. ……………………………………………………………………… .. Sign up to vote on this title
Useful Not useful ..… ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… .
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Figura 1.1
Señales y formas de salida del OP AMP ………………………….……
Figura 2.1
Señales de entrada del OP AMP …………………………………………
Figura 2.2
You're Reading a Preview Identificación de las terminales de un 741 ………………………….. Unlock full access with a free trial.
Figura 2.3
Conexi ones de fuentes de alimentación………………………………
Figura 2.4
Download With Free Trial Comparador de ventana no inversor ……………………….…………
Figura 2.5
Comparador de ventana inversor……………………..…….………….
Figura 5.1
Comparador de ventana (nivel bajo) …………………………………..
Figura 5.2
Sign up to vote on this title Obtención de voltajes …………………………………………..…………
Figura 6.1
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Simulación en Multisim11.0 ………………………………………..……
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Useful Not useful Tabla 2.1 Características del amplificador operacional 741……………………. Tabla 4.1 Componentes electrónicos………………………………………………...
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Características de
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Presentes en casi todo circuito moderno, ya se trate de un dispositivo d
electrónica digital o analógica, el amplificador operacional (OP AMP) es el pilar d la mayoría de los diseños electrónicos.
Los amplificadores operacionales integrados son baratos, versátiles y fiables. P
esta razón se pueden usar no solo en circuitos lineales como amplificadores d
tensión, fuentes de corriente y filtros activos, sino también en circuitos no lineale como circuitos activos con diodos, comparadores y generadores de señal. Un OP AMP (típico) no puede suministrar un nivel de tensión o potencial en
salida mayor al que poseen las fuentes de alimentación de las cuales toma You're Reading a Preview energía. Normalmente el voltaje máximo de salida está definido como el volta Unlock full access with a free trial.
de alimentación menos uno a dos voltios. Cuando se da a la salida este valor s
Download With Free Trial dice que el OP AMP se satura, pues ya no está amplificando, y que deja de tene
un comportamiento lineal. En la figura 1.1a se muestra la señal de entrada al O
AMP, dependiendo del valor de señal el OP AMP entrará en saturación o no, com se muestra en la Figura 1.1b.
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Figura 1.1 Señales y formas de salida del OP AMP
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Download With Free Trial La forma de la
señal de salida en un amplificador operacional no lineal e
normalmente, diferente de la de entrada, porque el operacional se satura duran Sign up to vote on this title
parte del ciclo de entrada. Por tal motivo, tienenUseful que analizarse dos modos Not useful
zonas diferentes de funcionamiento para ver qué sucede durante un cic
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resultado una tensión alta (V OH) o baja (VOL). El comparador acepta señal
analógicas a la entrada y proporciona señales binarias a la salida. Este element constituye un nexo de unión entre el mundo analógico y digital.
Algunos circuitos integrados (como el CI-339, CI-311 etc.) se han diseñad
específicamente como comparadores otros como el CI-741 aunque son e realidad amplificadores operacionales pueden ser usados como comparadores.
Los OP AMP pueden actuar como comparadores cuando la ganancia diferencial e
lazo abierto sea alta (>10.000) y la velocidad no sea un factor crítico. Com ejemplo, el OP AMP 741 se comporta como un elemento de entrada lineal si
tensión de entrada en modo diferencia está comprendida entre los valores –65µ
< Vd < +65µV. Fuera de ese rango la etapa de salida del amplificador entra e You're Reading a Preview saturación y puede comportarse como comparador. Unlock full access with a free trial.
Existen diferentes tipos de comparadores como inversores, no inversores, con Download With Freelos Trial histéresis, sin histéresis y de ventana.
El comparador de ventana permite detectar un nivel de voltaje entre dos límite
uno inferior y uno superior.
up to vote on this title visualizar Con este sencilloSign circuito podremos
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simple vista que límites supera la señal que aplicamos a la entrada; la
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El amplificador operacional (OP AMP) es un circuito cuya popularidad y utilizació
ha crecido de una manera vertiginosa en los últimos años gracias a la gra
cantidad de operaciones en las que puede ser utilizado, en electrónica analógic
prácticamente en todas, y en electrónica digital en bastantes. Gran parte de es popularidad
hay
que
agradecerla
a
la
aparición
de
la
integración
d
semiconductores, con la cual este circuito está hoy en día disponible en forma d pequeños
circuitos
integrados
de
bajo
precio,
considerándolo
como
u
componente electrónico más.
El término de amplificador operacional fue nombrado para designar una clase d
amplificadores que permiten realizar una serie de operaciones tales como sum resta, multiplicación, integración, diferenciación..., importantes dentro de
You're Reading a Preview computación analógica. La aparición y desarrollo de la tecnología integrada, qu Unlock full access with a free trial.
permitía fabricar sobre un único substrato monolítico de silicio gran cantidad d
Downloadde With Free Trial dispositivos, dio lugar al surgimiento amplificadores operacionales integrado que desembocaron en una revolución dentro de las aplicaciones analógicas.
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2.1 Fundamentos del Amplificador Operacional Useful
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una entrada en la entrada de signo negativo (-) produce una salida con polarida opuesta como se muestra en la Figura 2.1b (Boylestand & Nashelsky, 2003).
Figura 2.1 Señales de entrada del OP AMP
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
2.2 Amplificadores operacionales en circuito integrado Download With Free Trial
Los circuitos operacionales son circuitos integrados (CI) con uno a cuat
amplificadores operacionales en un solo CI. La figura 2.2 muestra un CI 741, co
una descripción de las señales terminales específicas (Bolyestand & Nashelsk Sign up to vote on this title
1997).
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evitado los prefijos y a este amplificador operacional de gran uso se le llam simplemente 741.
Figura 2.2 Identificación de las terminales de un 741.
Por su gran importancia, se utilizará el 741 como dispositivo básico en l You're Reading a Preview
exposiciones siguientes. UnaUnlock vezfullque se haya entendido el 741, se puede access with a free trial.
investigar otros amplificadores operacionales. Referente a este modelo, hay qu Download With Free Trial decir que el 741 tiene diferentes versiones numeradas: 741,741A, 741C, 741
741N y así sucesivamente. Difieren en su ganancia de tensión, rango d
temperatura, nivel de ruido y otras características. El 741C (la C indica niv comercial) es el más barato y el más utilizado.
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En la tabla 2.1 se proporciona una lista parcial de la hoja de especificaciones d
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de
un
amplificador
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operacional
marcadas
+Vcc
y
proporcionan el voltaje a todo el circuito integrado. En la figura 2.3 se muestra las dos conexiones usuales.
Figura 2.3 Conexiones de fuentes de alimentación
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
Download With Free Trial En la figura 2.13a las fuentes de voltaje doble están conectadas de modo que
salida puede excursionar tan alto como +15v y tan bajo como -15v. La figu
2.13b muestra una conexión en la cual la salida puede tener una excursión +15 y tan bajo como 0v.
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gran señal Resistencia de salida
75
Consumo de potencia
50
Ω
85
mW
Límite de velocidad de 0.5
V/µs
voltaje
2.2.2 Terminal de Salida
La terminal de salida simple, que produce una salida simple, proporciona u
voltaje cuyo valor máximo está limitado por el o por los voltajes de alimentació El voltaje de salida proporciona una resistencia de salida que se muestra en tabla 2.1 y es
You're Reading a Preview access Unlock full with a free trial.
2.2.3 Terminales de entrada Download With Free Trial
Se proporcionan dos terminales de entrada. Una señal aplicada a la entrad
positiva con respecto a tierra provoca una salida en fase con la señal de entrad Sign up to vote on this title
Una señal aplicada a la entrada negativa con respecto a tierra genera una salid Useful Not useful
opuesta en fase con la señal de entrada. También se puede conectar una señal d
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Un comparador de ventana permite saber si una señal o nivel de tensión es dentro o fuera de un límite aceptable de voltajes previamente definido.
Según la definición de Malvino
“Un comparador de ventana indica el momento en que la tensión d
entrada excede cierto límite o umbral. Un comparador de ventana (tambi
llamado detector de limite doble ) detecta cuando la tensión de entrada es
entre dos límites. Para construir un comparador de ventana se utilizan d comparadores con umbrales distintos” (Malvino, 2000).
Frecuentemente se quiere comparar una tensión You're Reading a Previewcon otra para ver cuál es
mayor. En esta situación, unUnlock comparador puede ser la solución perfecta. Es full access with a free trial.
circuito tiene dos terminales de entrada (inversor y no inversor) y un terminal d Download With Free Trial
salida. Es diferente a los circuitos lineales con amplificadores operacionales, y
que existen dos estados en la salida, dependiendo de si la tensión es alta o baj
Por esta razón, los comparadores son comúnmente usados como conexión ent Sign up to vote on this title
circuitos analógicos y digitales (Malvino, 2000). Useful 2.3.1 Nivel de salida alto entre los límites
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Para el análisis supondremos las mismas tensiones de referencia del ejemp anterior. Cuando
<
3V, el comparador inferior lleva la salida a cero. Cuando
> 4V, el comparador superior lleva la salida a cero. Cuando 3V <
<
4V,
transistor de salida de ambos comparadores está en corte, con lo que la salid sube a +5V (Malvino, 2000).
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La figura 2.5a muestra un comparador de ventana que produce un nivel bajo d
tensión de salida cuando la tensión de entrada está entre unos límites inferior
superior. El circuito tiene un PCI y un PCS. La tensión de referencia se pued obtener de un divisor de tensión, unos diodos Zener o de otros
circuitos. L
Figura 2.5b muestra la función de transferencia de un comparador de ventan Cuando Cuando
es menor que PCI o mayor que PCS, la salida está en nivel alt está entre PCI y PCS, la salida está a nivel bajo (Malvino, 2000).
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Con ayuda de un comparador (amplificador operacional) que controle el nivel d
voltaje superior y otro comparador que controle el nivel de voltaje inferior, s puede implementar un comparador de ventana. En la figura 2.6 se muestra
diagrama del comparador de ventana de nivel de salida bajo entre los límites qu se utilizará en el desarrollo de la práctica.
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Sign up(nivel to votebajo). on this title Figura 2.6 Comparador de ventana
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saturación positiva y el LED se iluminará. Si por el contrario el margen superad
es el superior, será el operacional 1 el que pase a saturación positiva iluminand el LED.
Montar un comparador de ventana (de nivel de salida bajo) con la ayuda del O You're Reading a Preview AMP 741 como comparador de tensión, además de otros componentes qu Unlock full access with a free trial.
integran la salida del comparador; para comprender y analizar el comportamien Download With Free Trial de éstos componentes electrónicos.
El análisis del circuito se realizará en base a la herramienta de simulación (en es
ocasión Multisim 11.0 de National Instruments) y en una tablilla de protoboar Sign up to vote on this title
con el circuito armado.
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En la tabla 4.1 se describen los componentes electrónicos que se necesitan par
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Es un OPAMP tipo
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DIP8,
Comparador con Histeresis
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alojado en una cápsula de de
8
pines.
Incluye
un
condensador de compensación interno para evitar oscilaciones: Con una resistencia de carga grande, la señal de salida puede oscilar en un margen de 1 o 2 V inferior al 2 OP AMP 741
margen entre las dos alimentaciones. Con resistencias de carga pequeñas, MPP está limitada por la corriente de cortocircuito. La velocidad
de
respuesta
es
la
máxima
velocidad a la que puede variar la tensión de salida cuando se excita la entrada con You're Reading a Preview un
escalón. ancho banda UnlockEl full access with a de free trial.
es
proporcional a la velocidad de respuesta. Download With Free Trial 1 Transistor
Dispositivo semiconductor que permite el
2N2222,
control y la regulación de una corriente
también
Sign up to vote on this title grande mediante una señal muy pequeña.
identificado
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Es del tipo bipolar NPN de baja potencia de
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Tipo especial de diodo que siempre se utiliza polarizado inversamente. En este caso la corriente circula en contra de la 1 Diodo Zener
flecha que representa el diodo. Si el diodo
1N914
se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador; si se polariza inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante. Light-Emitting Diode: "diodo emisor de luz", es un diodo semiconductor que emite luz. Tiene un voltaje de operación desde
1 Diodo Led
1.5 V a 3.8You're V aproximadamente Reading a Previewy la gama de corrientes que él va de los Unlock full circulan access with apor free trial. 10mA a 20mA dependiendo del color del Download With Free Trial led. Es un resistor cuyo valor de resistencia es
1 Resistencia Variable de
Sign up to vote on this title variable. De esta manera, indirectamente,
se
puede
controlar
la
Useful
intensidad
Not useful de
corriente que fluye por un circuito si se
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eléctricas o electrones. En está ocasión se utilizaran resistencias de ¼ w de potencia, la tolerancia es del 5%.
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Tabla 4.2 Equipos y software Elemento
Descripción
Imagen
Es una herramienta que integra una potente simulación SPICE y entrada de esquemáticos
integrándolo
en
un
laboratorio de electrónica sumamente Simulador NI Multisim
intuitivo sobre un PC. Cuenta con las características de puntas de prueba industriales, intercambio de datos con instrumentos
virtuales
y
reales,
corrector de errores y sugerencias de cambios sobre el circuito. You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
Es
un
medir
instrumento
eléctrico
para
Download With Free Trial directamente magnitudes
eléctricas activas como corrientes y potenciales
(tensiones)
Multímetro como
resistencias,
o
pasivas
Sign upyto vote on this title capacidades
Useful
otras. Las medidas pueden realizarse
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Comparador con Histeresis
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Es un dispositivo que convierte la tensión
alterna
de
la
red
de
Fuente de suministro, en una o varias tensiones Voltaje continuas,
que
alimentan
los
distintos circuitos al que se conecta.
En los siguientes párrafos se describe la metodología que se recomienda seguir: You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
a) El nivel de tensión / voltaje que se desea censar
se aplica a la entra
Withque Freecontrola Trial inversora del amplificadorDownload operacional el límite inferior (ver Vin
en la figura 5.1) y también a la entrada no inversora del amplificad operacional que controla el límite superior (ver Vsup en la figura 5.1).
en lo b) Estableciendo el voltaje límite superior y el inferior Signvoltaje up to votelímite on this title
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terminales Vsup y Vinf, se define el rango de voltajes para el cual la salida d comparador de ventana estará activa.
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e) Enseguida se coloca una resistencia en serie con el diodo 1N914, cuando
cumplan las condiciones de los comparadores, el voltaje vencerá al diodo,
el transistor se polarizara, cuando las condiciones no cumplan el diod conectara el transistor y la tierra y el transistor permanecerá desactivado.
f) Se coloca un led en el colector del transistor y una vez que éste se activ encenderá al led, indicando que
se encuentra fuera de la ventana.
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Useful Not useful Regularmente cuando se quiere anticipar y analizar el comportamiento de algú
circuito electrónico es recomendable hacer una simulación, dado que es
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positivo, Vinf negativo y poder cambiar
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entre niveles de tensión positivos
negativos se hace la conexión de la figura 6.1a, donde se muestran 2 multímetr con los voltajes de salida de 12V y -12V.
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Figura 6.1 Obtención de voltajes Sign up to vote on this title
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Vsup. Con la línea de voltaje de +Vcc se hace un divisor de tensión co
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Figura 6.2 Simulación en Multisim11.0.
Posteriormente se alambro el circuito de la figura 2.6 como se muestra en imagen 6.3. Enseguida se varían los valores de
y se observa la salida, cuy
resultados se muestran en el siguiente capítulo. You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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Figura 6.3 Circuito físico del comparador ventana Not useful Useful de
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inferior. Estos límites son aproximados a los que se esperaba de 6v y -6 resultados obtenidos en Multisim 11.0.
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(a)
(b)
Figura 7.1 Límites del comparador de ventana Sign up to vote on this title
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En la tabla 7.1 se muestran algunas de las salidas que se originaron para l
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= 11.39 V.
La salida está en nivel alto cuando la entrada está fuera de los límites de la ventana.
5.79 V se
encuentra dentro de la ventana del comparador por ello se obtiene un nivel de
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salida bajo.
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5.07 V se
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4.59 V. La salida
está en nivel bajo cuando la entrada está en los límites de la ventana.
2.63 V se
encuentra dentro de la ventana del comparador por ello se
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obtiene un nivel de salida bajo.
-2.10 V.
La salida está en nivel bajo cuando la entrada
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-5.16 V se
encuentra fuera de la
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ventana del comparador por ello se
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obtiene un nivel de salida alto. Sign up to vote on this title
-5.18 V. La
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-10.27 V se
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En el desarrollo de la práctica se comprende la importancia del análisis d
circuitos en simulación, pero más aún en su forma física, que es donde s presentan los problemas e incongruencias, que deben resolverse para obtener resultado final.
Este análisis que se obtiene nos permite aplicar los conocimientos en futuro requerimientos de materias y/o necesidades de algún proyecto.
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Bolyestand, R. L., & Nashelsky, L. (1997). Fundamentos de Electrónica. Méxic Prentice-Hall. Boylestand, R. L., & Nashelsky, L. (2003). Electrónica: Teoría de circuitos dispositivos electrónicos. México. Pearson Educación. Malvino, A. P. (2000). Principios de Electrónica. Madrid. McGraw Hill.
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