Práctica #1 “Configuraciones del Amplificador Operacional”

Objetivo:

Que el alumno conozca e identifica las configuraciones básicas del amplificador operacional.

Introducción:

Entre los años 1964 y 1967 Fairchild desarrolló los amplificadores operacionales en circuitos integrados 702, 709 y 741, mientras que National Semiconductor introdujo el 101/301. Estos amplificadores de circuito integrado revolucionaron algunas áreas de la electrónica por su tamaño pequeño y bajo costo. Más importante aún, redujeron drásticamente el trabajo de diseño de circuitos. Por ejemplo, en vez de la tediosa y difícil de realizar un amplificador con transistores, los diseñadores podían servirse del amplificador operacional y unas cuantas resistencias para construir un excelente amplificador.

El tiempo para diseñar un amplificador con un amplificador operacional es de unos 10 segundos. Es más, los amplificadores operacionales en circuitos integrados son baratos, ocupan menos espacio y requieren menos potencia que los componentes discretos. Los circuitos que pueden realizarse con uno o dos amplificadores operacionales y unos pocos componentes incluyen la generación de señal (osciladores), acondicionamiento de señales, temporizadores, detección de nivel de voltaje y modulación, La lista podría extenderse casi infinito.

Los amplificadores operacionales de propósito general fueron rediseñados para optimizar o incorporar ciertas características. Los circuitos integrados de función especial que contienen más de un amplificador operacional se desarrollaron entonces para llevar a cabo funciones complejas.

Los siguientes son algunos ejemplos:

Capacidad de alta corriente, alto voltaje o ambos.

Módulos para sonar de emisión y recepción.

Amplificadores múltiples.

Amplificadores de ganancia programable.

Instrumentación y control automotriz.

6.)Circuitos integrados para comunicaciones-

Circuitos integrados de radio/audio/video.

Los amplificadores de propósito general durarán muchos años en el mercado. Sin embargo, cabe suponer que se desarrollen circuitos integrados más complejos en un solo chip que combinen varios amplificadores con circuitos digitales.

Material:

2 o más amplificadores operacionales LM741

Resistencias

2 Capacitores de 0.01 F, 0.22 F y F

2 diodos rectificadores LN4001

Cables de conexión

Osciloscopio

Generador de señales

Fuente de Voltaje

Desarrollo:

Experimento 1: Diseñe un circuito inversor con ganancia de 4.

Experimento2: Diseñe un circuito no inversor con ganancia de 6.

Experimento 3: Diseñe un circuito seguidor.

Experimento 4: Diseñe un circuito sumador de 2 señales con las siguientes ganancias: a V1 de 3 y a V2 de 5.

Arme las configuraciones y dibuje en papel milimétrico o simule la señal de entrada y salida. Comente sobre las características de las señales. Alimente los circuitos con una señal de 1Vpp a 3 kHz. Utilice una señal senoidal, triangular y cuadrada.

Cálculos de Diseño:

1.) Inversor:

Configuración inversor:

Señal cuadrada Señal Triangular

Como se puede observar la señal de salida se muestra desfasada 180° con respecto a la de entrada

2) No inversor:

Configuración no inversor

Como se observa las aunque se cambie el tipo de la señal la ganancia se mantiene y no existe ningún desfasamiento, todo lo contrario a las características del inversor.

3.) Seguidor de voltaje

Configuración Seguidor de Voltaje:

4.) Sumador

Alimente la misma señal a V1 y V2: verifique la señal individual de cada una de ellas.

V1 = V2 = Señal senoidal, 1 Vpp, 3 kHz

Configuración Sumador

Debido a que las señales de entrada son exactamente iguales, podemos observar que en la señal de salida se muestra la suma aritmética de ambas señales con sus respectivas ganancias, además de que la señal de salida sale desfasada 180° con respecto a las de entrada debido a que en ésta configuración se usó un sumador inversor.

5.) Integrador

Utilice una señal cuadrada de 4 Vpp a 3 kHz.

Configuración Integrador

Aquí se puede observar que el circuito deriva la señal de entrada que en este caso es una señal cuadrada, dando como resultado una señal triangular.

6.) Derivador

Configuración Derivador

En la gráfica anterior podemos observar que este circuito deriva la señal triangular convirtiéndola en cuadrada. La señal de salida se obtiene con una amplitud mayor, debido al valor de la resistencia y el capacitor.

7.) Rectificador de onda completa:

Señal de entrada: Vi =señal senoidal de 5Vpp y F = 3kHz

Configuración: Rectificador de onda completa.

Como podemos apreciar, este circuito rectifica una señal senoidal de manera completa, y en la práctica resulta más ventajoso realizar la rectificación con amplificadores operacionales que haciéndolo con diodos, ya que de esta forma podemos controlar la ganancia, mientras que con diodos no es posible hacerlo.

Olivares Valentín Juan Alberto

Laboratorio de Circuitos Integrados Analógicos

Conclusiones:

En ésta práctica analizamos y comprendimos el funcionamiento y el manejo de los amplificadores operacionales. Se realizaron las principales configuraciones con amplificadores operacionales como lo son: el amplificador inversor, no inversor, sumador inversor, seguidor de voltaje, integrador, Derivador y rectificador de onda completa.

En cada una de éstas configuraciones, se debió realizar los cálculos necesarios para obtener las ganancias determinadas, variando los valores de las resistencias así como los de los capacitores. Teóricamente nuestros resultados fueron correctos, ya que los valores obtenidos se aproximaron a los valores comerciales de dichos elementos, pero en la práctica las señales de salida no tenían la ganancia exacta o la señal de salida obtenida no era completamente simétrica. Éstas variaciones se pueden deber principalmente a la diferencia entre los diversos materiales con los que son hechos los capacitores y a las resistencias cuyas tolerancias eran demasiado grandes. En la simulación de los circuitos las diferencias entre nuestras señales de salida teóricas y las obtenidas fueron más notables todavía, por lo que se tuvo que variar constantemente los valores de las resistencias y los capacitores, para poder obtener una señal semejante a las deseadas.

En general se puede decir que los objetivos de la práctica se cumplieron, ya que logramos visualizar tanto teórica como prácticamente algunas de las aplicaciones de los amplificadores operacionales.

Ganancia: 4

Fijando Ri = 1 k

4× 1k = 4k " Rf = 4k

Ganancia: 6

Av- 1 =Rf / Ri Fijando: Ri = 1k

Ri (Av -1) = Rf

1000 (5) = Rf ; Rf = 5000 ; Rf = 5k

Señal Triangular Señal Cuadrada

Rf = 0

Ri = 0

AV = 0

V1 = 3 , V2 = 5

Fijando Rf = 1k

V0 = (3V1 + 5V2)

Rf / R1 = 3 V1 ! R1 = Rf / 3 = 1k /3

R1 = 0.333 k " 330

Rf / R2 = 5 V2 ! R2 = Rf / 5 = 1k / 5

Rf = 0.2 k " 200

Señal cuadrada

4Vpp, F = 3kHz

R = 1K

C = 1 F

V0 = -1 / RC " Vi dt

Señal Triangular

4Vpp , F=3 kHz

C= 1 F

R= 1k