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Laboratorio de Electrónica
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“USO DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL”
Escuela Académico Profesional de Física, Universidad Nacional de Trujillo Avenida Juan Pablo II s/n, Trujillo, Perú
7 de Diciembre del 2015 En el presente informe realizaremos la medición de algunas características del amplificador
operacional real. Para ello, aplicaremos el Amplificador Operaciones (Amp-Op.) en la realización
de amplificadores inversores y no inversores. Además estudiaremos el comportamiento del
amplificador seguidor de voltaje a Amp-Op. Utilizando los Amp-Op. en la realización de
amplificadores sumadores inversores y no inversores, se pretende diseñar un amplificador
sumador-diferenciador.
I. MARCO TEÓRICO
Un amplificador operacional es un amplificador de DC
de alta ganancia de uso en un rango de frecuencia de 0
a 1MHz típicamente, por tanto es posible realizar un
estudio de sus aplicaciones y de algunas características
importantes en DC, mediante la conexión externa de
resistores, se puede medir la corriente de desbalance
de entrada, la corriente de polarización, el voltaje de
desbalance de entrada, así como realizar
amplificadores en los cuales se ajusta la ganancia de
voltaje y a su vez combinar varios voltajes en forma
aditiva o sustractiva con ponderación, resultando los
amplificadores denominados inversores, no inversores,
sumador-inversor, sumador-no-inversor o la
combinación de estos dos últimos originando sumador-
diferenciador, el cual recibe el nombre de restador
cuando sólo intervienen dos señales.
II. MATERIALES Y EQUIPOS:
Fuente de Salida entre ±9 a ±12 V (implementar
según instrucciones del profesor en un extremo del
protoboard). También se puede usar dos fuentes
ajustable de 0 a 15 V o baterías de 9 V.
1 Multímetro.
1 IC LM324 empaque Cuádruple de Amp-Op.
1 transistor 2N3904.
Resistencias de ½ W: 4.7 KΩ, 22 KΩ , 33 KΩ , 10 KΩ,
100 KΩ.
2 Condensadores: 0.47 𝜇𝐹 (16 V de rango o
mayor).
III. MÉTODO Y ESQUEMA EXPERIMENTAL
1. Armar la fuente de voltaje simétrica indicada por el
profesor responsable de laboratorio.
2. Determinación de la existencia del voltaje de
desbalance de entrada: Armar el circuito de la Figura
1 con uno de los Amp-Op. Del paquete (chip), con
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Ra=R=10 KΩ, Rf = 100 KΩ y Vi = 0. Alimentamos el chip
VCC = +10 y VEE = -10 V (alimentación que mantendrá
durante toda la practica). Medimos luego el voltaje
de salida, si es diferente de cero, aplicamos mediante
un divisor de voltaje construido con una pila y un
potenciómetro (ver figura 2) y compense la
desviación de cero de la salida, medimos el voltaje en
el divisor y lo anotamos.
3. Determinación de la existencia de la corriente de
balance de entrada: Armado el circuito de la figura 1
con uno de los Amp-Op. Ra=10 KΩ, Rf = 100 KΩ y Vi =
0. Alimentamos el chip (los cuatro Amp-Op.) y
medimos el voltaje de salida. Lo anotamos para usos
posteriores.
4. Amplificador Inversor: Restituir R =10 KΩ y mediante
el divisor de voltaje que implementamos en el paso 1,
aplicar el voltaje de entrada Vi entre -0.5 y +0.5 V (8
medidas como mínimo). Registramos el voltaje de
salida para cada Vi.
5. Amplificador No-Inversor: Retirar el divisor de
voltaje de Ra y conectamos ese extremo a tierra,
desconectamos el extremo de R de tierra y aplicamos
el divisor de voltaje en dicho extremo. Se debe dar
voltajes entre -0.5 y +0.5 en el divisor y registramos el
voltaje de salida para cada voltaje de entrada.
6. Amplificador Sumador Inversor: Armamos el circuito
de la Figura 1 con Ra= 22 KΩ, Rf = 68 KΩ, R = 10 KΩ y
colocamos una nueva resistencia Rb = 33 KΩ en forma
paralela a Ra pero con solo el extremo del
amplificador conectado juntas, mediante divisores de
voltaje conectamos voltajes Va y Vb a los extremos
libres de Ra y Rb. Medimos, luego, experimentalmente
las ganancias de cada entrada así como el resultado
de la aplicación conjunta Va y Vb. (Tomar solamente
valores positivos de voltaje en este paso).
7. Amplificador Sumador No-Inversor: Con Ra = 33 KΩ,
Rf = 68 KΩ, conecte a la entrada + del Amp-Op. Por
uno de sus extremos dos resistencias con valores R1 =
10 KΩ y R2 = 4,7 KΩ, medimos los resultados en Vo , al
aplicar tensiones V1 y V2 como entradas en las
resistencias R1 y R2. (Al igual que el paso anterior,
sólo para voltajes positivos).
8. Amplificador Sumador – Diferenciador (restador):
Combine los amplificadores resultados en los pasos 5
y 6, y construya un amplificador Sumador-
diferenciador. Realizar las medidas correspondientes.
9. Amplificador Seguidor de Voltaje: Retire todas las
resistencias del Amp-Op. Y una la salida y la entrada
(-), construir un divisor de voltaje con un
potenciómetro de 10 KΩ o mayor y una pila, la salida
del divisor debemos conectarla a la entrada (+) del
Amp-Op. Midiendo la salida del circuito para varios
voltajes en el divisor midiendo también con el VOM
los voltajes que suministra el divisor de voltaje.
Figura 1. Determinación de la existencia del
voltaje de desbalance de entrada.
Figura 2. Circuito de Divisor de voltaje de +0.5 a -
0.5 V
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IV. ANALISIS Y RESULTADOS:
Luego de lograr armar la fuente simétrica,
procedemos a realizar las mediciones pedidas en el
paso 2, lo cual nos resultó que Vo= 0V.
En la realización del paso 3, obtuvimos el siguiente
voltaje de salida: Vo= 10.7 mV
Con la realización del paso 4, obtuvimos una serie de valores, mostrados en la tabla siguiente:
Tabla 1 : Resultados de la parte 4.
Vi (V) Vo (V)
-0.5 4.99
-0.46 4.72
-0.41 4.23
-0.37 3.82
-0.31 3.21
-0.26 2.65
-0.2 2.08
-0.13 1.36
0.03 -0.27
0.06 -0.54
Ahora, al igual que en el paso 4, obtuvimos otra serie de valores, la cual mostramos en la tabla siguiente:
Tabla 2 : Resultados de la parte 5.
Vi (V) Vo (V)
-0.49 -5.37
-0.35 -3.83
-0.23 -2.55
-0.32 -3.53
-0.2 -2.22
-0.12 -1.29
0.07 0.73
0.21 2.32
0.32 3.48
0.5 5.55
En el paso 6, obtuvimos los siguientes resultados:
Tabla 3: Medida tomada con Vb=0V
Va Vo
1.16 -3.53
0.29 -0.86
Tabla 4: Medida tomada con Va=0V
Vb Vo
0.29 -0.58
0.59 -1.2
Tabla 5: Medida tomada con voltaje en Va y Vb
Va Vb Vo
0.53 1.01 -3.69
0.42 0.85 -3.03
En el paso 7, para un amplificador sumador no-inversor, obtuvimos las siguientes medidas.
Tabla 6: Medida tomada con V2=0V
V1 Vo
1.19 1.17
0.65 0.64
Tabla 7: Medida tomada con V1=0V
V2 Vo
0.54 1.13
0.41 0.86
Tabla 8: Medida tomada con voltaje en V1 y V2
V1 V2 Vo
0.85 0.44 1.75
1.22 0.56 2.37
Para el paso 8, proponemos la siguiente configuración:
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Y las medidas de esta configuración nos resulta:
Tabla 9: Medida tomada con voltajes en Va, Vb y V1
Va (V) Vb (V) V1 (V) Vo (V)
0.25 0.77 0.13 4.09
0.53 1.21 0.14 5.75
Del paso 3, teniendo que Vo= 10.7 mV, podemos determinar la corriente de desbalance de entrada:
𝐼𝐷𝑒𝑠 =10.7𝑚𝑉
10 𝐾Ω= 1.07𝜇𝐴
Ya que en la realidad los amplificadores operacionales siempre presentan pequeñas corrientes de entrada. Graficando la información de la tabla 1, resulta:
Donde la pendiente de la recta nos representa la ganancia del amplificador inversor. La cual resulto de −10 . Ahora, determinando la ganancia del amplificador inversor teóricamente:
𝑉0
𝑉𝑎= − (
𝑅𝐹
𝑅𝑎) = − (
100 𝐾Ω
10 𝐾Ω) = −10
De la información de la tabla 2, graficando esta tenemos:
Donde la pendiente de la gráfica representa la ganancia del amplificador no inversor. La cual resulto de 11. Si determinamos la ganancia teóricamente:
𝑉0
𝑉1= (1 +
𝑅𝐹
𝑅𝑎) = (1 +
100 𝐾Ω
10 𝐾Ω) = 11
Para las medidas de la tabla 3 y 4, existe una ganancia igual a la determinada en el amplificador inversor. Ahora, vamos a determinar el Vo teóricamente, cuando se aplica un Va y Vb diferente de cero, usando la información de la tabla 5, tenemos:
𝑉0 = −𝑅𝐹 (𝑉𝑎
𝑅𝑎+
𝑉𝑏
𝑅𝑏)
𝑉0 = −68𝐾Ω (0.53𝑉
22𝐾Ω+
1.01𝑉
33𝐾Ω) = 3.71 𝑉
Y comparando con el que se midió, existe un error relativo porcentual de 2%. Ahora como en el caso anterior, vamos a determinar el voltaje de salida del amplificador sumador no inversor; cuando se aplica un V1 y V2 diferente de cero, de la información de la tabla 8, tenemos:
𝑉0 = (1 +𝑅𝐹
𝑅𝑎) (
𝑉1
𝑅1+
𝑉2
𝑅2)(
𝑅1𝑅2
𝑅1 + 𝑅2)
𝑉0 = (1 +68𝐾Ω
33𝐾Ω) (
0.85𝑉
10𝐾Ω+
0.44𝑉
4.7𝐾Ω) (
10𝑥4.7
10 + 4.7)𝐾Ω
𝑉0 = 1.748𝑉
Comparando con el resultado medido en la tabla 8, hay un error de 0.1%.
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V. CONCLUSIONES:
Logramos mostrar que un amplificador
operacional real, tiene unas pequeñas
corrientes de desbalance, comparado con
el amplificador operacional ideal. Donde el
valor de dicha corriente resulto de 1.07𝜇𝐴.
Logramos determinar las ganancias del
amplificador inversor como también del no
inversor, los cuales resultaron de -10 y 11
respectivamente.
Pudimos comprobar la teoría sobre el
amplificador sumador inversor y del
amplificador sumador no-inversor, las
cuales caen en un error relativo de un 2%
y un 0.1%, pudiendo decir que estos
valores tienen un alto nivel de confianza.
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:
Albert Malvino, David J. Bates, Principios de
Electronica; 7 Ed. Mac Graw Hill.
www.monografias.com/trabajos74/amplificad
or-operacional-scr/amplificador-scr.shtml
Joseph E. Edminister M.S.E., Circuitos
Eléctricos, Segunda Edición, Mc Graw-Hill,
México, 2009