1

Instituto Tecnológico de Zacatepec

Departamento de Metal Mecánica

Ingeniería Electromecánica

PERIODO: AGO-DIC 2014

MATERIA: ELECTRÓNICA ANALÓGICA

CLAVE DE LA MATERIA: AEF-1021

M. C. Arturo Javier Martínez Mata Docente

REPORTE DE PRÁCTICAS UNIDAD 3:

8,9,10 y 11

EQUIPO

Ramos Martínez Miguel (13090105)

Vazquez Vara Marco Antonio (13090115)

Fecha de Entrega:

Zacatepec, Morelos a 13 de Diciembre del 2014

2

CONTENIDO

PAG.

Practica 8.- CIRCUITO OPERADOR

8.1 Marco teorico

8.1.2 Definición de amplificador operacional

8.1.3 Notación

8.1.4 Tabla de características

8.2 Desarrollo

8.2.2 Objetivo

8.2.3 Circuito implementado

8.3 Descripción (LM741)

8.4 Referencias

Practica 9.- OPERACIONES BASICAS

9.1 Objetivo

9.2 Marco teorico

9.2.1 Configuraciones

9.2.2 Seguidor

9.2.3 No inversor

9.2.4 Sumador

9.2.5 Restador

9.3 Desarrollo

9.3.1 Material

9.3.2 Procedimiento

9.4 Conclusiones

9.5 Referencias

Practica 10.- CONTROL DE TEMPERATURA ANALOGICO

10.1 Objetivo

10.2 Marco teorico

10.2.1 sensor (LM335)

10.2.2 Características

10.2.1 Comparador (LM324)

10.3 Desarrollo

10.3.1 Material

10.3.2 Procedimiento

10.3.3 Conclusiones

10.4 Referencias

4

4

4

5

6

6

7

7

8

9

9

9

9

11

11

12

12

12

13

15

15

16

16

16

17

19

20

20

20

21

21

3

Practica 11.- FOTOCELDA

11.1 Objetivo

11.2 Marco teorico

11.2.1 Arquitectura de los amplificadores

11.2.3 tipos y configuraciones de los amplificadores

11.3 Desarrollo

11.3.1 Material

11.3.2 Contenido

11.4 Conclusiones

22

22

22

23

28

28

28

29

4

PRACTICA 8.-CIRCUITO OPERADOR

8.1 Marco Teórico

8.1.2 Definición de amplificador

operacional

Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se

presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una

salida. La salida es la diferencia de las dos entradas

multiplicada por un factor (G) (ganancia):

Vout = G· (V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado

es el UA741 o LM741.

El primer amplificador operacional monolítico, que data de

los años 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado

por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también

de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más

tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741 (1968),

de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas,

basado en tecnología bipolar.

8.1.3 Notación

El símbolo de un amplificador es el mostrado en la siguiente figura: Los

terminales son:

V+: entrada no inversora

V-: entrada inversora

VOUT: salida

VS+: alimentación positiva

VS-: alimentación negativa

5

Los terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por

ejemplos en los A.O. basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los

basados en BJT son VCC y VEE.

Habitualmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas

eléctricos por claridad.

8.1.4 Tabla de características

Parámetro Valor ideal Valor real

Zin ∞ 10 TΩ

Zout 0 100 Ω

Bw ∞ 1 MHz

G ∞ 100.000

Ac 0

Si van a usarse amplificadores operacionales, es mejor consultar el datasheet o

características del fabricante. Los valores reales dependen del modelo, estos

valores son genéricos y son una referencia.

6

8.2 Desarrollo

8.2.1 Material Amplificador operacional

Potenciómetro…….100kΩ

Fuente de voltaje……+/-12

Led…...Verde

8.2.2 Objetivo El objetivo de esta práctica fue realizar un circuito con la configuración Buffer

(seguidor).

Que consistía en regular el voltaje con el potenciómetro para que cuando este

fuera mayor que +5V el led se encendiera y menor que +5V se apagara.

Nota: El voltaje de +5V era del amplificador operacional.

7

8.2.3 Circuito implementado

8.3 Descripción (LM741)

8

8.4 Referencias

Introducción a los A.O. en castellano

El Amplificador operacional: Fundamentos y aplicaciones básicas

Configuraciones

Configuraciones II

Configuraciones III (PDF)

Hojas de datos del 741 de National Semiconductor (PDF)

Estudio en laboratorio del Amplificador Operacional

9

PRACTICA 9.- OPERACIONES BASICAS

9.1 Objetivo Realizar las distintas configuraciones básicas de amplificadores operacionales

tales como:

Seguidor

No inversor

Sumadora

Restadora

9.2 Marco teórico

9.2.1 Configuraciones

9.2.2 Seguidor

Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la

entrada.

Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar

impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja

impedancia y viceversa)

Como la tensión en las dos patillas de entradas es igual: Vout = Vin

Zin = ∞

10

Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadísima, la de

salida prácticamente nula, y puede ser útil, por ejemplo, para poder leer la

tensión de un sensor con una intensidad muy pequeña que no afecte apenas a

la medición. De hecho, es un circuito muy recomendado para realizar medidas

de tensión lo más exactas posibles, pues al medir la tensión del sensor, la

corriente pasa tanto por el sensor como por el voltímetro y la tensión a la

entrada del voltímetro dependerá de la relación entre la resistencia del

voltímetro y la resistencia del resto del conjunto formado por sensor, cableado

y conexiones.

Por ejemplo, si la resistencia interna del voltímetro es Re (entrada del

amplificador), la resistencia de la línea de cableado es Rl y la resistencia

interna del sensor es Rg, entonces la relación entre la tensión medida por el

voltímetro (Ve) y la tensión generada por el sensor (Vg) será la correspondiente

a este divisor de tensión:

Por ello, si la resistencia de entrada del amplificador es mucho mayor que

la del resto del conjunto, la tensión a la entrada del amplificador será

prácticamente la misma que la generada por el sensor y se podrá despreciar

la caída de tensión en el sensor y el cableado.

Además, cuanto mayor sea la intensidad que circula por el sensor, mayor

será el calentamiento del sensor y del resto del circuito por efecto Joule, lo

cual puede afectar a la relación entre la tensión generada por el sensor y la

magnitud medida.

11

9.2.3 No inversor

Como observamos, la tensión de entrada, se aplica al pin positivo, pero como

conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el

voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo y positivo,

conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular la relación que

existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un

pequeño divisor de tensión.

Zin = ∞, lo cual nos supone una ventaja frente al amplificador inversor.

9.2.4 Sumador

La salida está invertida

Para resistencias independientes R1, R2,... Rn

La expresión se simplifica bastante si se usan resistencias del mismo valor

Impedancias de entrada: Zn = Rn

12

9.2.5 Restador

Para resistencias independientes R1,R2,R3,R4:

Igual que antes esta expresión puede simplificarse con resistencias iguales

La impedancia diferencial entre dos entradas es Zin = R1 + R2 + Rin, donde

Rin representa la resistencia de entrada diferencial del amplificador,

ignorando las resistencias de entrada del amplificador de modo común.

Cabe destacar que este tipo de configuración tiene una resistencia de

entrada baja en comparación con otro tipo de restadores como por

ejemplo el amplificador de instrumentación.

9.3 Desarrollo

9.3.1 Material

Resistencias

Amplificador Operacional “LM741”

13

9.3.2 Procedimiento

a) Elaborar la configuración inversora mediante un amplificador operacional

741.

El circuito es el siguiente:

Formula:

Vo= -RF/R1*Vi

Datos:

Vi=0.5V

RF=100KΩ

R1=10KΩ

Entonces:

Vo= -100KΩ/10KΩ*0.5V

Vo=-5

La medición con el multímetro fue de -5.58V

14

b) Elaborar un circuito con la configuración no inversora tal circuito a

elaborar es el siguiente:

Formulas Desarrollo

Vo=(RF/R1+1) Vo=(82KΩ/15KΩ+1)

RESULTADO

3.23V

15

9.4 Conclusión En esta práctica se realizaron las cuatro configuraciones básicas del

amplificador operacional demostrando las definiciones antes

mencionadas.

9.5 referencias Introducción a los A.O. en castellano

El Amplificador operacional: Fundamentos y aplicaciones básicas

Configuraciones

Configuraciones II

Configuraciones III (PDF)

Hojas de datos del 741 de National Semiconductor (PDF)

Estudio en laboratorio del Amplificador Operacional

16

Practica 10.- Control de temperatura analógico

10.1 objetivo El sensor de temperatura usado será el LM335 con el cual se medirá la:

Temperatura ambiente

Temperatura con el ventilador

Temperatura aplicando calor

10.2 Marco teorico

10.2.1 Sensor LM335 El sensor LM335 es un circuito integrado de temperatura de precisión y de

fácil calibración, funciona como un zener de 2 terminales, el LM335 tiene

una tensión de ruptura directamente proporcional a la temperatura absoluta

a 10 mV / ° K. Con menos de 1Ω de impedancia dinámica

el dispositivo funciona en un rango de corriente de 400 mA a 5 mA,

prácticamente sin cambio en el rendimiento.

Cuando se calibra a 25 °C, el LM335 tiene por lo general menos de 1 °C de

error en un rango de 100 °C de temperatura. A diferencia de otros sensores

el LM335 tiene una salida lineal. El LM335 opera desde -40°C a 100°C.

17

10.2.2 Características Directamente calibrado en Kelvin °K

1 °C disponible de precisión inicial.

Funciona a partir de 400 μA a 5 mA.

Menos de 1Ω de impedancia dinámica.

Fácil calibración.

Amplio rango de temperatura.

Bajo costo.

Sensor calibrado

18

19

10.2.3 Comparador LM324

Un Amplificador Operacional puede ser utilizado para determinar cuál de

dos señales en sus entradas es mayor. (Se utiliza como comparador). Basta

con que una de estas señales sea ligeramente mayor para que cause que la

salida del amplificador operacional sea máxima, ya sea positiva (+Vsat) o

negativa (-Vsat).

Esto se debe a que el operacional se utiliza en lazo abierto (tiene ganancia

máxima). La ganancia real de un amplificador operacional es de 200,000 o

más y la fórmula de la señal de salida es: Vout = AOL (V1 – V2)

Dónde:

Vout = tensión de salida

AOL = ganancia de amplificador operacional en lazo abierto (200,000 o

más)

V1 y V2 = tensiones de entrada (las que se comparan)

Vout no puede exceder la tensión de saturación del amplificador operacional,

sea esta saturación negativa o positiva. (Normalmente este valor es

aproximadamente unos 2 voltios menores que el valor de la fuente (V+ o V-)

20

10.3 Desarrollo

10.3.1 Material Potenciómetro Comparador…LM324 Sensor….LM335 Ventilador Fuente de voltaje Variable Relé TIP122

10.3.2Procedimiento

a) Elaborar el circuito siguiente:

21

Resultados

Caso volts Temperatura

Tamb 2.9V 17 C

Tcalor 3.4V 67 C

Tventilador

10.3.3 Conclusiones Cuando el voltaje del comparador fue rebasado por el sensor el voltaje de

salida fue mayor.

10.4 Referencias http://www.unicrom.com/tut_comparadores.asp

http://www.electronicoscaldas.com/sensores-de-temperatura/191-sensor-de-

temperatura-lm335.html

https://www.academia.edu/7611435/MEDIDOR_DE_TEMPERATURA_CON

_LM335

22

Practica 11.- Fotocelda

11.1Objetivo: El objetivo de esta práctica fue implementar nuevamente el concepto del

comparador analógico, ahora implementando una fotorresistencia para

conocer su función y aplicación a la vida cotidiana.

11.2Marco teórico:

11.2.1Arquitectura de los amplificadores:

La alimentación del circuito se realiza por medio de dos fuentes de

alimentación (alimentación simétrica). Como se aprecia en la figura 2, el

terminal de referencia de tensiones (masa) no está conectado directamente al

amplificador operacional. La referencia de tensiones debe realizarse a través

de elementos externos al operacional tales como resistencias. Tienen dos

entradas la - que se denomina “inversora” y la + que se denomina “no

inversora” y una salida Vo. Se alimentan a través de dos terminales uno con

tensión positiva +V y otro con tensión negativa -V. Adicionalmente pueden

tener otros terminales específicos para compensación de frecuencia,

corrección de derivas de corriente continua etc. Se encuentran integrados de

forma que en una pastilla puede haber 1, 2 ó 4 OP (amplificadores

operacionales). En el caso de 4 el número de patillas mínimo es

3x4(I/O)+2(alim)=14. Son muy baratos (más que muchos transistores) Existen

varios modelos de OP. Vamos a estudiar en primer lugar el IDEAL. Es un

modelo simplificado que se adapta bien al comportamiento real. Sin embargo

a veces necesitaremos aproximarnos más con lo que describiremos el modelo

REAL que es el ideal más una serie de imperfecciones. En el modelo de

amplificador ideal, nos dice que la salida del amplificador es directamente

proporcional a la diferencia de potencial Vd en la entrada. Designaremos a la

constante de proporcionalidad A como GANANCIA EN LAZO ABIERTO.

Con esta definición podemos decir también que el amplificador operacional es

DIFERENCIAL ya que la salida depende de la diferencia de tensión en sus

entradas. A es una constante para cada amplificador y sus valores son muy

altos (>200000 para amplificadores reales). En lazo abierto significa que es la

ganancia del propio dispositivo sin conectar a nada.

23

11.2.3 Tipos y configuraciones de los amplificadores:

Comparador

Esta es una aplicación sin la retroalimentación. Compara entre las dos

entradas y saca una salida en función de qué entrada sea mayor. Se puede

usar para adaptar niveles lógicos.

24

Seguidor

Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la

entrada.

Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar

impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja

impedancia y viceversa)

Como la tensión en las dos patillas de entradas es igual: Vout = Vin

Zin = ∞

Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadísima, la de

salida prácticamente nula, y puede ser útil, por ejemplo, para poder leer la

tensión de un sensor con una intensidad muy pequeña que no afecte apenas a

la medición. De hecho, es un circuito muy recomendado para realizar medidas

de tensión lo más exactas posibles, pues al medir la tensión del sensor, la

corriente pasa tanto por el sensor como por el voltímetro y la tensión a la

entrada del voltímetro dependerá de la relación entre la resistencia del

voltímetro y la resistencia del resto del conjunto formado por sensor, cableado

y conexiones.

No inversor

Como observamos, la tensión de entrada, se aplica al pin positivo, pero como

conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el

voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo y positivo,

conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular la relación que

25

existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un

pequeño divisor de tensión.

Zin = ∞, lo cual nos supone una ventaja frente al amplificador inversor.

Sumador inversor

La salida está invertida

Para resistencias independientes R1, R2,... Rn

La expresión se simplifica bastante si se usan resistencias del mismo valor

Impedancias de entrada: Zn = Rn

Restador Inversor

Para resistencias independientes R1,R2,R3,R4:

Igual que antes esta expresión puede simplificarse con resistencias iguales

26

La impedancia diferencial entre dos entradas es Zin = R1 + R2 + Rin, donde

Rin representa la resistencia de entrada diferencial del amplificador,

ignorando las resistencias de entrada del amplificador de modo común.

Cabe destacar que este tipo de configuración tiene una resistencia de

entrada baja en comparación con otro tipo de restadores como por

ejemplo el amplificador de instrumentación.

Integrador ideal

Integra e invierte la señal (Vin y Vout son funciones dependientes del

tiempo)

Vinicial es la tensión de salida en el origen de tiempos

Nota: El integrador no se usa en la práctica de forma discreta ya que cualquier

señal pequeña de DC en la entrada puede ser acumulada en

el condensador hasta saturarlo por completo; sin mencionar la característica de

offset del mismo operacional, que también es acumulada. Este circuito se usa

de forma combinada en sistemas retroalimentados que son modelos basados

en variables de estado (valores que definen el estado actual del sistema) donde

el integrador conserva una variable de estado en el voltaje de su condensador.

Derivador ideal

Deriva e invierte la señal respecto al tiempo

27

Este circuito también se usa como filtro

NOTA: Es un circuito que no se utiliza en la práctica porque no es estable.

Esto se debe a que al amplificar más las señales de alta frecuencia se termina

amplificando mucho el ruido.

Conversor de corriente a tensión

El conversor de corriente a tensión, se conoce también como Amplificador de

transimpedancia, llegada a este una corriente (Iin), la transforma en una

tensión proporcional a esta, con una impedancia de entrada muy baja, ya que

está diseñado para trabajar con una fuente de corriente.

Con el resistor R como factor de proporcionalidad, la relación resultante entre

la corriente de entrada y la tensión de salida es:

Su aplicación es en sensores, los cuales no pueden ser activados, con la

poca corriente que sale de algún sensor, por lo que se acopla un A.O. que

usa la poca corriente entregada, para dar salida a una tensión (Vout)

Aplicaciones:

Por lo general los amplificadores operacionales se utilizan en los siguientes

componentes:

Calculadoras analógicas

Filtros

Preamplificadores y buffers de audio y video

Reguladores

Conversores

Evitar el efecto de carga

28

11.3 Desarrollo:

11.3.1Material: 1 circuito comparador lm324

1 potenciómetro

1 fuente de 12 v

1 res de 10 k

1 transistor tip 122

1 fotorresistencia

1 res de 1 k

1 protoboard

Cable utp

1 multímetro

11.3.2 Contenido: Se implementara un circuito de control para detectar el nivel de iluminación

de tal forma que se encienda durante la noche y se apague durante el día.

Probar la fotorresistencia con un óhmetro

Resistencia LDR

CON LUZ AMBIENTAL SIN LUZ AMBIENTAL

16.94 k 1.22 k

29

Después usamos el mismo circuito de la practica 10, solo le quitamos el sensor

de temperatura y en sui lugar le pusimos la fotorresistencia ajustamos el

voltaje de referencia y en vez del ventilador, le pusimos un foco de luz

incandescente. Una vez ajustado el voltaje de referencia con el potenciómetro

conectamos el circuito para accionarlo y ver obteníamos el resultado deseado

y si en efecto cuando la fotocelda estaba a luz ambiental el foco permanecía

apagado, el voltaje que mandaba la fotocelda era menor que el de referencia,

pero una vez que la fotorresistencia estaba a oscuras el voltaje aumentaba y

accionaba el relé. Así fue como quedo lista la práctica y funcionando a la

perfección.

11.4 Conclusión: En conclusión llegamos a que los amplificadores operacionales son muy

útiles hoy en día para tener una mejor calidad de vida y ahorrarnos muchas

cosas, tienen grandes beneficios y no es algo tan complicado de entender, solo

hay que saber utilizarlo éticamente y profesionalmente. Aprendí mucho en

esta unidad y me llevo un gran conocimiento plasmado esperando utilizarlo

en un futuro para el bienestar de la sociedad.