FACULTAD DE INGENIERA

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELCTRICA

EXPERIENCIA 01: PARMETROS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

ELECTRNICA II

SIMN MARTNEZ ROZAS

ISRAEL MUOZ GARCA

Antofagasta, 13 Mayo de 2015

2

NDICE

Introduccin .3

Objetivos. ............5

Materiales utilizados. ..5

Desarrollo experimental. 6

Resultados 15

Conclusiones. .18

Bibliografa. 19

3

INTRODUCCIN

Los amplificadores operacionales son dispositivos

electrnicos que amplifican seales con una gran ganancia, tpicamente del orden

de 10^5 10^6 veces.

Las primeras veces que se utilizaron los amplificadores operacionales fue

en los computadores analgicos y realizaban sumas, diferencias, multiplicacin,

diferenciacin e integracin.

Las caractersticas principales de un operacional son:

1. La impedancia de entrada es muy alta, del orden de megohms.

2. La impedancia de salida Zo es muy baja, del orden de 1 ohm

3. Las entradas apenas drenan corriente, por lo que no suponen una carga.

4. La ganancia es muy alta, del orden de 10^5 y mayor.

5. En lazo cerrado, las entradas inversora y no inversora son prcticamente

iguales.

Voltaje de offset. Es un voltaje presente en la salida del amplificador an

cuando los voltajes de las dos entradas sean cero. Este efecto es causado por el

ruido que el amplificador operacional amplifica y lo presenta a la salida del mismo.

Este voltaje lo especifica el fabricante y se puede determinar, ya que el producto de

el voltaje de desvo con la ganancia establecida ser mostrado en la salida, tambin

lo puede generar aquellas variaciones de polarizacin del OP-AM.

El amplificador 741 posee dos pins disponibles para realizar esto. Estos pins (1 y 5)

internamente estn conectados a las entradas del amplificador diferencial. Debido

a que los cambios de temperatura hacen cambiar el offset, se hace necesario estar

calibrando este valor constantemente, lo cual es una desventaja, ya que es un

proceso montono y muy variable.

4

Una de las limitaciones prcticas del op-amp es que las corrientes de

polarizacin de las dos entradas pueden ser ligeramente diferentes. A pesar de que

las entradas estn diseadas para ser simtricas, ligeras diferencias que se

producen en el proceso de fabricacin, pueden dar lugar a corrientes de polarizacin

ligeramente diferentes. Esta diferencia de corriente (offset), normalmente es del

orden de una dcima parte de la corriente de polarizacin de entrada. En el caso

del 741 suele ser 10 nA.

El slew-rate es la velocidad de variacin a la salida, y son valores tpicos de

1V/ms a 10V/ms. Su principal afecto es limitar el ancho de banda de seales

grandes.

Relacin de rechazo en modo comn CMRR (Common mode rejection ratio).

En un A.O. ideal la salida es proporcional a la diferencia entre las seales de

entrada, siendo sta nula cuando el valor de ambas entradas es igual. En un A.O.

real esto no se cumple exactamente, y entre dos pares de tensiones que mantengan

la misma diferencia, la salida puede ser algo mayor en el caso de tensiones

superiores. La CMRR es el cociente entre la amplificacin diferencial y la de modo

comn; y cuanto mayor sea, ms se acercar al caso ideal.

5

OBJETIVOS

Determinar experimentalmente caractersticas del amplificador operacional de:

Voltaje de entrada offset

Corrientes de polarizacin de entrada

Razn de crecimiento del voltaje de salida

Razn de rechazo de modo comn

Producto ganancia-ancho de banda

MATERIAL

Amplificador operacional 741

2 resistencias 100k

1 resistencia 1 M

1 resistencia 1 k

2 resistencias 10 k

2 resistencias 100

1 resistencia 4,7 k

1 potencimetro de 10 k

Entrenador de laboratorio

Generador de funciones

Osciloscopio

Multmetro

Alicatas

Extensin

Cable

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DESARROLLO EXPERIMENTAL

Experimento N1.- Determinar el voltaje de entrada offset de un amplificador

operacional (741) y tratar de minimizar sus efectos.

Diagrama Esquemtico.-

R1 100K

R2 1 M

VOS

Condiciones bsicas del diseo.-

Ganancia de lazo cerrado : 1

2

R

RACL

Voltaje de entrada offset : CL

OSoi

A

VV

Pasos del experimento.-

1. Arme el circuito mostrado en el diagrama esquemtico. Conecte la fuente de

alimentacin a los terminales correctos del circuito amplificador (pin 7

7

terminal de polarizacin positivo, +15 volts C.C. y pin 4 terminal de

polarizacin negativo, -15 volts C.C.).

2. Energice su entrenador de laboratorio y con un vltmetro digital, mida el

voltaje de salida, VOS y anote su resultado.

3. Determine el voltaje de entrada offset. Compare con el valor tpico de la hoja

de servicio de un amp-op 741.

4. Para anular o disminuir el efecto del voltaje de salida VOS, debido a un voltaje

de entrada offset, conecte los terminales fijos de un potencimetro de 10

Kohms a los pines 1 y 5 del amp-op 741 (offset null) respectivamente. A

continuacin, conecte el terminal variable del potencimetro al potencial

negativo de la fuente de polarizacin, -15 volts c.c., a travs de una

resistencia de 1 Kohms. Mida VOS, si esta lectura es distinta de 0 volts, vare

lentamente el cursor variable del potencimetro hasta lograr que la lectura de

VOS se aproxime los ms cercano a 0 volts c.c., no vuelva a mover el cursor.

Bajo esta forma, es posible con el amp-op 741 anular el efecto del voltaje de

entrada offset. Para un ajuste ms fino del voltaje entrada offset, cortocircuite

la resistencia de 1Kohms y vuelva a medir el valor de VOS. Anote este valor.

5. Corte la energa de alimentacin al circuito del experimento, ste ha

terminado.

Experimento N2.- Medir las corrientes de entrada de polarizacin.

Diagrama Esquemtico.-

8

R1 100K

R2 1 M

R3 100 K

A

B

Condiciones bsicas del diseo.-

Corrientes de polarizacin de entrada : 11

R

VI AB

32

R

VI BB

Pasos del experimento.-

1. Arme el circuito mostrado en el diagrama esquemtico. Conecte la fuente de

alimentacin a los terminales correctos del circuito amplificador (pin 7

terminal de polarizacin positivo, +15 volts C.C. y pin 4 terminal de

polarizacin negativo, -15 volts C.C.).

2. Energice su entrenador de laboratorio. Mida el voltaje a travs de la

resistencia R1(VA), anote su resultado. Luego, mida el voltaje a travs de

R3(VB), anote su resultado.

3. Con las ecuaciones de condiciones bsicas de diseo y los valores de voltaje

obtenidos en el punto 2, determine el valor de las corrientes de entrada de

polarizacin, IB1 e IB2. Para el amp-op, idealmente ambas deben ser iguales,

sin embargo en la realidad ambas no lo son. Saque el valor promedio entre

ambas corrientes y anote su resultado como IB PROMEDIO. Compare con el

valor tpico de la hoja de servicio de un amp-op 741.

4. Corte la energa de alimentacin al circuito del experimento, ste ha

terminado.

9

Experimento N3.- Medir la razn de crecimiento del voltaje de salida en funcin

del tiempo que toma en hacerlo (slew-rate).

Diagrama Esquemtico.-

R1 10K

R2 10 K

VOVi

Condiciones bsicas del diseo.-

Slew-rate : t

V

Pasos del experimento.-

1. Arme el circuito mostrado en el diagrama esquemtico. Conecte la fuente de

alimentacin a los terminales correctos del circuito amplificador (pin 7

terminal de polarizacin positivo, +15 volts C.C. y pin 4 terminal de

polarizacin negativo, -15 volts C.C.).

2. Energice su entrenador de laboratorio. Aplique como seal de entrada, una

de forma cuadrada de 5 volts p.p. y una frecuencia de 10 Khz.

3. Mida el voltaje p.p. de la forma de onda de salida observada en el pin 6 del

amp-op y antelo como V .

10

4. Mida en el flanco de subida de la forma de onda de salida, el tiempo que

demora esta seal en ir desde un valor mnimo a uno mximo, anote este

valor como t .

5. Con los resultados de los puntos 3 y 4 y las condiciones bsicas del diseo,

calcule el valor del slew-rate. Compare con el valor tpico de la hoja de

servicio de un amp-op 741.

6. Corte la energa de alimentacin al circuito del experimento, ste ha

terminado.

Experimento N4.- Determinar la razn de rechazo de modo comn, CMRR de un

amp-op 741.

Diagrama Esquemtico.-

R1 100

R2 100 K

R4 100 KR3 100

Vi(CM) Vo(CM)

Condiciones bsicas del diseo.-

Ganancia diferencial : 1

2

R

RAd

3

4

R

RAd

Ganancia de modo comn : )(

)(

cmi

cmo

CMV

VA

11

Razn de rechazo de modo comn : CM

d

A

AdBCMRR 10log20)(

Pasos del experimento.-

1. Arme el circuito mostrado en el diagrama esquemtico. Conecte la fuente de

alimentacin a los terminales correctos del circuito amplificador (pin 7

terminal de polarizacin positivo, +15 volts C.C. y pin 4 terminal de

polarizacin negativo, -15 volts C.C.).

2. Aplique la energa a su entrenador de laboratorio. Ajuste como seal de

entrada, )(cmiV

, una forma sinusoidal de 2 volts rms y a una frecuencia de

100 Hz.

3. Mida el correspondiente voltaje de salida de modo comn del amplificador,

)(cmoV , anote este valor.

4. A partir de las condiciones bsicas de diseo, determine el valor de CMA

y

con los componentes del circuito, el valor de dA

. Finalmente, proceda a

calcular el valor de CMRR en decibeles y comprelo con el valor tpico de la

hoja de servicio de un amp-op 741.

7. Corte la energa de alimentacin al circuito del experimento, ste ha

terminado.

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Experimento N5.- Determinar la respuesta en lazo cerrado de un amp-op 741

mediante el clculo del producto Ganancia-Ancho de Banda (GPB).

Diagrama Esquemtico.-

R1 10K

R2 10 K

VOVi

Condiciones bsicas del diseo.-

Producto Ganancia-Ancho de Banda (GBP) : ))(( BWAGBP v

1

2

R

RAv

opampdelBandaAnchoBW ___

Pasos del experimento.-

1. Arme el circuito mostrado en el diagrama esquemtico. Conecte la fuente de

alimentacin a los terminales correctos del circuito amplificador ( pin 7

terminal de polarizacin positivo, +15 volts C.C. y pin 4 terminal de

polarizacin negativo, -15 volts C.C.).

2. Aplique la energa a su entrenador de laboratorio. Ajuste como seal de

entrada, iV

, una forma sinusoidal de 0.7 volts p.p. con una frecuencia de 1

Khz. Verifique y anote el voltaje p.p. de salida oV

.

3. Mantenga constante el valor de voltaje de entrada y vare lentamente la

frecuencia de la seal de entrada a valores mayores que 1 Khz. Mida el valor

13

de voltaje de la seal en oV

, cuando sta disminuya a un valor de 0.5 volts

p.p., anote el valor de la frecuencia de la seal como )0.1( vABW . Este es

el ancho de banda del amp-op cuando la ganancia de voltaje es 1.0. La

respuesta de frecuencia es ahora un factor 0.707 veces menor que a bajas

frecuencias o frecuencias c.c. y su equivalente es 3dB.

4. Calcule el valor del GPB y anote su valor.

5. Cambie el valor de R1 a 5 Kohms y el nivel de la seal de entrada iV

tal que

a la salida del circuito oV

se observe una salida de 2.0 volts p.p. La frecuencia

de la seal de entrada nuevamente debe estar a 1 Khz. Verifique y anote el

voltaje p.p. de salida oV

.

6. Mantenga constante el voltaje de entrada anterior y vare lentamente la

frecuencia de la seal de entrada a valores mayores que 1 Khz. Mida el valor

de la frecuencia de la seal en oV

cuando esta disminuya a un valor de 1.4

volts p.p., anote el valor de la frecuencia de la seal como )0.2( vABW . Este

es el ancho de banda del amp-op cuando la ganancia de voltaje es 2.0. La

respuesta de frecuencia es ahora un factor 0.707 veces menor que a bajas

frecuencias o frecuencias c.c. y su equivalente es 3dB.

7. Calcule el valor del GPB y anote su valor.

8. Cambie el valor de R1 a 1 Kohms y el nivel de la seal de entrada iV

tal que

a la salida del circuito oV

se observe una salida de 10.0 volts p.p. La

frecuencia de la seal de entrada nuevamente debe estar a 1 Khz. Verifique

y anote el voltaje p.p. de salida oV

.

9. Mantenga constante el valor del voltaje de entrada y vare lentamente la

frecuencia de la seal de entrada a valores mayores que 1 Khz. Mida el valor

de la frecuencia de la seal en oV

cuando esta disminuya a un valor de 7.0

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volts p.p., anote el valor de la frecuencia de la seal como )10( vABW . Este

el el ancho de banda del amp-op cuando la ganancia de voltaje es 10. La

respuesta de frecuencia es ahora un factor 0.707 veces menor que a bajas

frecuencias o frecuencias c.c. y su equivalente es 3dB.

10. Calcule el valor del GPB y anote su valor.

11. Compare los tres valores de GPB medidos para las diferentes ganancias en

el circuito. Verifique cual es el porcentaje de diferencia que existe entre los

tres GPB.

12. Corte la energa de alimentacin al circuito del experimento, ste ha

terminado.

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RESULTADOS

EXPERIENCIA 1.

Tabla 1. Resultados primer experiencia

Voltaje sin

potencimetro

(mV)

Voltaje al

conectar

potencimetro

(mV)

Voltaje ajustado de

salida offset (mV)

Voltaje con

potencimetro

ms

cortocircuito

(mV)

34 56,7 0,01 -20,5

Comparacin

Voltaje tpico = 2mV

Voltaje calculado = CL

OSoi

A

VV =

34

10= 3,4

EXPERIENCIA 2.

Tabla 2. Resultados de la segunda experiencia

VA (mV) VB (mV) IB1 (nA) IB2 (nA)

1,0 2,0 10 20

Las corrientes IB1 e IB2 fueron calculadas ya que el multmetro no mide corrientes tan

pequeas.

Comparacin:

16

IBprom = 1,5 nA

IBtip = 80 nA

EXPERIENCIA 3.

Tabla 3. Resultados de la tercera experiencia

V (V) t (s) Slew-rate (V/ s)

5,2 10 0,52

Comparacin

Slew-rate calculado = 0,52 V/ s

Slew-rate tpico = 0,5 V/s

EXPERIENCIA 4

Tabla 4. Resultados de la cuarta experiencia

Vi(cm) Vo(cm) Acm Ad1 Ad2 CMRR (db)

2 vrms 180mv 0,09 1000 1000 80,91

Comparacin:

CMRR calculado = 80,91 dB

CMRR tpico = 70 90 dB

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EXPERIENCIA 5.

Tabla 5. Resultados de la quinta experiencia

R1=10 k; Av = 1

Vi (vpp) Vo (vpp) BW (KHz) GBP

0,7 0,496 356 356

R1 = 5k; Av=2

1 2 145 290

R1= 1k; Av= 10

1 10 32 320

18

CONCLUSIONES

Es importante conocer los parmetros del amplificador operacional, ya que

hay algunos factores limitan operaciones o por ejemplo en el voltaje de entrada

offset que es necesario minimizarlo ya que a la salida puede amplificar componentes

que no pertenezcan a la seal original.

De la tabla 2 podemos observar que la corriente de polarizacin promedio

se encuentra por debajo del valor tpico del amp-op 741, lo que indica que

tendremos un valor bajo de corriente de offset y por lo tanto no causar ruido al

amplificar una seal.

De la tabla 3 podemos observar que el valor de slew rate es casi igual al valor

tpico asi que se puede decir que est en el rango normal en que el amp-op. se

tarda en cambiar el voltaje de salida.

De acuerdo a la tabla 4 se encuentra un CMRR adecuado ya que est dentro

del rango mnimo y el tpico del amp-op.

De la tabla 5, al comparar los valores de ganancia-ancho de banda nos

damos cuenta que cuando se tiene una ganancia de 1 es cuando existe un mayor

ancho de banda para trabajar con la seal. Aunque lo que se quiere es amplificar la

seal as que nos interesa mucho la ganancia de 10 y se tiene tambin un buen

rango para trabajar con la seal.

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BIBLIOGRAFA.

Diapositivas de la materia: Jorge Gianotti H.

Manual ECG.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electronic/a741p.html

http://www.angelfire.com/electronic2/xarlos/Electronica3/dos/voffset.htm

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Amplificador-operacional-ideal.html