ADALIZ-ANALOGICA

OPAMPLAB 09

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ELECTRNICA ANALGICA

LABORATORIO N 4

Aplicaciones con OPAMPS

Alumnos :Chvez Quijahuamn, Yenifer AdalizGillen Meza, Nohelia Aleyda

Grupo : DProfesor:Ing. Midwar CharajaNota:

Semestre :III

Fecha de entrega :120515Hora:1:30 pm

I. OBJETIVOS

Comprobar experimentalmente el comportamiento de los amplificadores operacionales. Conocer el funcionamiento de una seal amplificada. Tener la habilidad para detectar fallas y solucionarlas.

II. MATERIAL Y EQUIPO

01 Modulo Universal Lucas Nlle. 01 Multmetro digital. 01 osciloscopio. Resistencias. 100K, 4.7K, 2.2K, 1K, 330, 100 Condensador 100F Un amplificador operacional Conectores.

III. FUNDAMENTO TEORICO

INTRODUCCIN A LOS AMPLIFICADORES OPERACIONALESLos amplificadores operacionales son amplificadores de tensin continua de alta calidad con propiedades especiales. Diseados originalmente para operaciones matemticas y aplicaciones de ingeniera de control, los amplificadores operacionales (abreviados como A.O. u opamp) se usan actualmente en circuitos analgicos. Las unidades modernas estn compuestas por numerosos transistores y resistencias, alojados en una cpsula pequea y simple, que ofrece ventajas significativas en comparacin con los amplificadores montados a partir de componentes individuales: Son compactos Son ms econmicos que muchos componentes reunidos por separado Son fciles de usar y disear en trminos del trazado del circuito Tienen excelentes propiedades y especificaciones tcnicasEstas ventajas les dan a los amplificadores operacionales acceso a todas las reas de la electrnica y se encuentran disponibles en muchas variantes, suministradas por diferentes fabricantes a precios razonables.

SMBOLO GRFICOA pesar de que se usa una gran variedad de smbolos para representar este componente, se sigue usando la representacin relativamente antigua, que consta de un tringulo con dos entradas y una salida. La entrada invertida est marcada por el signo menos, mientras que la no invertida se distingue por el signo ms. La salida no presenta marca alguna. En algunos casos, se incluyen dos entradas adicionales para representar las fuentes de tensin positiva y negativa.El smbolo ms reciente, en el que se reemplaza al tringulo por un rectngulo no ha proliferado ampliamente en la prctica.

Representacin comn Representacin de acuerdo con (parecida a DIN 40 900 T10) la norma DIN 40 900 T13

Las grficas anteriores representan algunos del smbolos grficos de un amplificador operacional.En este curso usaremos el ms comn, es decir, el de la izquierda.

DESCRIPCIN DEL FUNCIONAMIENTOUn amplificador operacional ideal tiene una ganancia infinita independiente de la frecuencia. El parmetro amplificado es la diferencia de tensin entre sus dos entradas, lo cual explica que tambin se emplee para este componente la denominacin de amplificador diferencial. El amplificador tiene una entrada inversora (E ) y una no inversora (E+). Si la tensin de la entrada inversora es mayor que la de la entrada no inversora, entonces el componente amplifica esta diferencia y suministra una tensin de salida negativa.Si la tensin en la entrada no inversora es mayor, entonces la tensin de salida es positiva.Dado que, en la prctica, los amplificadores operacionales ideales no existen, estos componentes estn sujetos a lmites que pueden variar considerablemente en funcin del diseo.En la lista siguiente se encuentran los valores tpicos:

La funcionalidad de un amplificador operacional depende del diseo de su cableado externo. Son posibles una gran cantidad de variantes empleadas en las tecnologas de conmutacin y descritos en la bibliografa correspondiente. Esta introduccin aborda tres circuitos bsicos, de especial importancia, lo cual se complementar con los experimentos subsecuentes.

AMPLIFICADOR INVERSOR

El amplificador inversor es uno de los circuitos estndar de los amplificadores operacionales. La imagen muestra este circuito. Su ganancia se determina exclusivamente por la relacin que existe entre las resistencias R1 y R2.La seal de salida Uout cambia de fase en 180 con respecto a la seal de entrada Uin. Esta inversin se refleja en el valor negativo de la ganancia V.Si R1 es mayor que R2, la ganancia V es menor que 1, por lo que tiene lugar una atenuacin.La resistencia de entrada del circuito queda determinada por el resistor R1.

AMPLIFICADOR NO INVERSOR

Es posible conseguir que la seal de salida de un circuito amplificador est en fase con la seal de entrada (es decir, no invertida) por medio del circuito amplificador que se muestra en la imagen. La ganancia depende de la relacin que exista entre las resistencias R2 y R1, y siempre es mayor que 1. La resistencia de entrada del circuito tiene un alto ohmiaje y est determinada por la resistencia de entrada del amplificador operacional. En funcin del diseo del amplificador, esta resistencia est en un rango de 105 a 1015 ohmios.

SEGUIDOR DE TENSIN / ADAPTADOR DE IMPEDANCIA

Una forma especial de amplificador no inversor es el seguidor de tensin, componente cuya ganancia es igual a 1. El seguidor de tensin tambin es conocido como convertidor de impedancia debido a su resistencia relativamente alta a la entrada pero baja a la salida.

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

En un amplificador diferencial, el amplificador operacional se cablea de manera que pueda funcionar simultneamente como un inversor y un no inversor. La relacin entre las tensiones de entrada y la de salida es la siguiente:

Si las resistencias correspondientes del circuito poseen los mismo valores (R3 = R1,R4 = R2), entonces se simplifica la relacin general en funcin de la diferencia de las tensiones de entrada multiplicadas por la relacin de las resistencias R2 y R1:

Aqu tambin se hace presente el caso especial Uout= Uin + Ue para R1= R2.

Una aplicacin importante consiste en la conversin de seales simtricas en una seal relacionada con tierra. De esta manera se pueden eliminar interferencias que se hayan sumado a las dos seales simtricas. La condicin para ello radica en que las relaciones de las resistencias, incluyendo las resistencias internas de las fuentes de seales, se implementen de la manera ms exacta posible, por lo que para obtener un rechazo ptimo en modo comn tambin se debe tomar en cuenta que las resistencias de entrada negativa (= R1) y positiva (= R3+R4) no son iguales. Por esta razn se dispone de una serie de circuitos integrados de resistencias) cuyos valores tienen una alta precisin.

Seguridad en la ejecucin del laboratorio

Tener cuidado con el tipo y niveles de voltaje con los que trabaja.

Antes de utilizar el multmetro, asegurarse que esta en el rango y magnitud elctrica adecuada.

Tener cuidado en la conexin y en la desconexin de los equipos utilizados

PROCEDIMIENTO.

EXPERIMENTO 1: AMPLIFICADOR INVERSOR

DIAGRAMA DE CIRCUITOPara este experimento se utilizar el siguiente diagrama:

EQUIPOSPara el experimento se necesitan los siguientes elementos con sus ajustescorrespondientes:

MONTAJE EXPERIMENTAL

REALIZACIN DEL EXPERIMENTO Y TAREAS

Inserte en el circuito una resistencia de 10 kiloohmios para R1 y otra de 47 kiloohmios para R2. Dada la sensibilidad del montaje del circuito, por favor, tome la tensin continua de entrada del amplificador operacional del generador de funciones puesto que ste suministra un valor exacto en el rango inferior.

Seleccione ahora una tensin de 1 V en el generador de funciones (vanse las opciones mostradas anteriormente) y conctelo al circuito.

31.1 Mida la tensin de salida (multmetro en la posicin AV) y anote el resultado en la casilla siguiente.Tensin de salida Vout = -4,7__________________ V Correcto!

31.2 Determine la ganancia del circuito:

Ganancia = 4,7___________________ Correcto!

Seleccione ahora una tensin continua Vin de 2 V (20%) en el generador de funciones. 31.3 Mida la tensin de salida y anote el resultado en la casilla siguiente.

Tensin de salida Vout=-9,4__________________ V Correcto!



31.5 Compare los resultados de 31.2 y 31.4. Cul es la respuesta en ganancia del circuito si cambia la tensin de entrada? La ganancia disminuye. La ganancia permanece igual. La ganancia se incrementa.

Desactive la alimentacin de tensin continua. Vare ahora la resistencia de realimentacin R2 de 47 kiloohmios para que tenga un valor de 100 kiloohmios. 31.6 Seleccione ahora una tensin de entrada Vin= 1 V (10%) y mida la tensin de salida.

Tensin de salida Vout =-10___________________ V Correcto!


Ganancia = 10____________________ Correcto!

31.8 Compare los resultados de 31.2 y 31.7. Cul es la relacin entre la tensin de entrada, la resistencia de realimentacin y la ganancia?

La ganancia cambia en funcin de la resistencia de entrada. La ganancia cambia en funcin de la tensin de entrada. La ganancia cambia en funcin de la resistencia de realimentacin. La ganancia cambia en funcin de la relacin que existe entre las resistencias de entrada y salida. La ganancia cambia en funcin de la relacin de la tensin de salida realimentada en la entrada. La ganancia cambia en funcin de la relacin que existe entre las tensiones de salida y entrada.

Desactive la alimentacin de tensin continua. Vare ahora la resistencia en serieR1 de 10 kiloohmios para que tenga un valor de 22 kiloohmios.

31.9 Seleccione una tensin de entrada Vin de 1 V y mida la tensin de salida.

Tensin de salida Vout = -4,2__________________ V Correcto!



31.11 Compare los resultados de 31.7 y 31.10. Qu relacin existe entre las tensiones de entrada y salida, las resistencias de entrada y salida y entre la resistencia de realimentacin y la ganancia?

La ganancia depende de la resistencia de entrada. La ganancia depende de la tensin de entrada. La ganancia depende de la resistencia de salida. La ganancia depende de la tensin de salida. La ganancia depende de la resistencia de realimentacin.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

El amplificador inversor amplifica e invierte una seal 180, es decir, el valor de la tensin de salida est en oposicin de fase con la de entrada y su valor se obtiene al multiplicar la tensin de la entrada por una ganancia fija constante, establecida por la relacin entre R2 y R1, resultando invertida esta seal (desfase). El circuito comnmente ms utilizado es el circuito de ganancia constante.

EXPERIMENTO 2: AMPLIFICADOR NO INVERSOR


EQUIPOS

Para el experimento se necesitan los siguientes elementos con sus ajustes correspondientes:



Inserte en el circuito una resistencia de 10 kiloohmios para R1 y otra de 47 kiloohmios para R2. Vuelva a emplear el generador de funciones (vanse las opciones ms arriba) y seleccione una tensin continua de entrada de 1 V y conctelo entonces al circuito.Mida la tensin de salida y anote el valor obtenido en la casilla prevista para ello.

Tensin de salida Vout =5,7___________________ V Correcto!

Determine la ganancia del circuito.


Seleccione una tensin de entrada Vin de 2V (20%).

Mida la tensin de salida y anote el valor obtenido en la casilla prevista para ello.

Tensin de salida Vout=11,4__________________ V Correcto!



Compare los resultados obtenidos. Cul es la respuesta en ganancia del circuito si cambia la tensin de entrada? La ganancia se incrementa notablemente. La ganancia disminuye notoriamente. La ganancia permanece aproximadamente igual.

Desactive la alimentacin de tensin continua. Reemplace ahora la resistencia de realimentacin R2 de 47 kiloohmios por otra que tenga un valor de 10 kiloohmios.

Seleccione una tensin de entrada Vin de 1 V y mida la tensin de salida.

Tensin de salida Vout = 2_____________________ V Correcto!


Ganancia = 2_____________________ Correcto!

Compare los resultados de ganancia obtenidos con diferentes resistencias de realimentacin. Cul es la relacin entre la tensin de entrada, la resistencia de realimentacin y la ganancia?

La ganancia cambia en funcin de la tensin de entrada. La ganancia cambia en funcin de la resistencia de realimentacin. La ganancia cambia en funcin de la resistencia de entrada. La ganancia cambia en funcin de la relacin que existe entre las tensiones de salida y entrada. La ganancia cambia en funcin de la relacin que existe entre las resistencias de salida y entrada. La ganancia cambia en funcin de la relacin de la tensin de salida realimentada en la entrada.


La impedancia de entrada Zin es muy elevada, mientras que la impedancia de salida Zout vale unas dcimas de ohm.

La seal de salida est en fase con la entrada por ser inyectada por la entrada no inversora.

EXPERIMENTO 3: AMPLIFICADOR DIFERENCIAL


EQUIPOSPara el experimento se necesitan los siguientes elementos con sus ajustes correspondientes:



En las entradas del circuito Vin1 y Vin2 se deben aplicar tensiones de Vin1 = 2 V yVin2 = 4 V.

Mida la tensin de salida Vout.

Tensin de salida Vout =2_____________________ V Correcto!

Cul es la respuesta del circuito en la tensin de salida como consecuencia de la diferencia de las tensiones de entrada? Con este fin, calcule el factor de ganancia de la tensin diferencial.

Gananciadif.= 1_____________________ Correcto!

En las entradas del circuito Vin1 y Vin2 se deben aplicar ahora tensiones de Vin1 =2 V y Vin2= 6 V.


Tensin de salida Vout=4_____________________ V Correcto!


Gananciadif.= 1_____________________ v Correcto!

En las entradas del circuito Vin1 y Vin2 se deben aplicar tensiones de Vin1 = 2 V yVin2 = -4 V.Mida la tensin de salida Vout.

Tensin de salida Vout=-6____________________ V Correcto!


Gananciadif. = 1_____________________ Correcto!

En las entradas del circuito Vin1 y Vin2 se deben aplicar tensiones de Vin1= -2 V y Vin2 = -4 V.


Tensin de salida Vout =-2____________________ V Correcto!


Gananciadif. = 1_____________________ Correcto!

Qu afirmaciones son correctas con respecto a la ganancia de diferencia de tensiones de entrada? La ganancia de tensin diferencial disminuye si se incrementa la diferencia. La ganancia de tensin diferencial aumenta si la diferencia se incrementa. La ganancia de tensin diferencial permanece esencialmente constante si aumenta la diferencia. La ganancia de tensin diferencial depende de la resistencia de realimentacin. La ganancia de tensin diferencial depende de la resistencia de entrada. La ganancia de tensin diferencial depende de la resistencia de salida.


Esta configuracin es nica porque rechaza una seal comn a ambas entradas. Esto se conoce como la propiedad de, tensin de entrada diferencial nula, es decir, en el caso de que las seales V1 y V2 sean idnticas, el anlisis es sencillo, V1 se dividir entre R1 y R2, apareciendo una menor tensin V(+) en R2. El caso ms comn de configuracin es permitir la entrada de seal, por ambas puertas, tanto por la inversora como por la no - inversora. La seal de salida ser proporcional a la diferencia entre las entradas y estar en fase con las seales aplicadas. El amplificador diferencial tiene caractersticas nicas.

ANEXOS:

EL LM386El LM386 es un amplificador de potencia, diseado para el empleo en usos de consumo de voltaje bajos. La ganancia interna es puesta a 20 para mantener la parte externa en cuenta baja, pero la adicin de una resistencia externa y un condensador entre los pines 1 y 8 aumentarn la ganancia a cualquier valor entre 20 y 200.Las entradas son referidas a tierra, mientras la salida influye automticamente a la mitad de tensin del suministro. El drenador de potencia es de slo 24 miliwatios aplicando un suministro de 6 voltios, esto hace ideal el LM386 para la operacin en bateras.

El amplificador operacional, est constituido por un circuito de entrada diferencial, en el diagrama anterior se aprecian los dos transistores que forman el amplificador diferencial y tambin las entradas (pines 1-8) para el control de ganancia.El encapsulado DIL es de 8 pines y se muestra en la figura.Para hacer al LM386 que proporcione un amplificador ms verstil, dispone de dos pines (1 y 8) para el control de ganancia. Con los pines 1 y 8 abiertos, una resistencia de 1.35 kWpone la ganancia en 20 (26 dB). Si se pone un condensador del pin 1 al 8, como bypas de la resistencia interna de 1.35 kW, la ganancia se acercar a 200 (46 dB). Si colocamos una resistencia en serie con el condensador, la ganancia puede ser puesta a cualquier valor entre 20 y 200. El control de ganancia tambin se puede hacer capacitivamente acoplando una resistencia (o FET) del pin 1 a masa.

Con componentes adicionales externos, colocados en paralelo con las resistencias de regeneracin internas, se puede adaptar la ganancia y la respuesta en frecuencia para usos concretos. Por ejemplo, podemos compensar la pobre respuesta de bajos del altavoz por frecuencia, mediante la realimentacin. Esto se hace con una serie RC del pin 1 a 5 (resistencia en paralelo a la interna de 15 k).Para un estimulador de bajos (bass boost) de 6 dB eficaces: R 15 kW, el valor ms bajo para una buena operacin estable son R = 10 kWsi el pin 8 est al aire. Si los pines 1 y 8 se evitan, entonces la R puede ser usada tan baja como 2 k. Esta restriccin es porque el amplificador slo es compensado para ganancias en lazo cerrado mayor de 9.El esquema muestra que ambas entradas (2-3), estn puestas a masa con una resistencia de 50 kW. La corriente de base de los transistores de entrada es aproximadamente de 250 nA, entonces las entradas estn en aproximadamente 12.5 mV cuando estn abiertas. Si la resistencia de la fuente dc que maneja el LM386 es ms alta de 250 kWesto contribuir una muy pequea compensacin adicional (aproximadamente 2.5 mV en la entrada, 50 mV en la salida). Si la resistencia de la fuente dc es menos de 10 k, podemos eliminar el exceso compensado, poniendo una resistencia de la entrada no usada a masa, mantendr la compensacin baja (aproximadamente 2.5 mV en la entrada y 50 mV en la salida).Para resistencias de fuente dc menor de 10 k, podemos eliminar el exceso compensado, poniendo una resistencia de la entrada no usada a masa, igual al valor de la resistencia de la fuente dc. Desde luego todos los problemas de compensacin son eliminados si es acoplada la entrada capacitivamente. Usando el LM386 con ganancias ms altas (evitando la resistencia de 1.35 k entre pines 1 y 8) es necesario evitar la entrada no usada, previniendo la degradacin de ganancia e inestabilidades posibles. Esto se hace con un condensador de 0,1 uF o un corto a masa segn la resistencia de la fuente dc sobre la entrada manejada.Esta veamos algunos circuitos tpicos:

En el circuito amplificador de la figura anterior, la ganacia es de 20, que es el valor mnimo que se consigue al dejar libres los terminales 1 y 8. Sin embargo si lo que queremos es una ganancia Av de 200, debemos conectar un condensador entre los mencionados terminales, como se aprecia en la siguiente figura.

En caso de necesitar una Av intermedia, por ejemplo 50, debemos conectar una resistencia en serie con el condensador, como se aprecia en la figura que sigue.

En estas pginas se ha usado este dispositivo como amplificador de salida de baja frecuencia en la aplicacin etapa final del estetoscopio electrnico, en esa ocasin se prob con una ganancia de 200 y luego se bajo a 20, parece que en ese momento era suficiente. Existen muchas aplicaciones en distintos medios electrnicos para este dispositivo.De todos modos si est interesado en conocer ms a fondo los circuitos amplificadores operacionales, le recomiendo que adquiera el libro, Circuitos Integrados Lineales de la editorial Paraninfo.

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