PRODUCCIONES MAELEC 8.9

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

“PROYECTO OPTAO OA-1”

Autor:

Quilqax Arawiyq

MAIL: majoro19@hotmail.com

WEB: http://maelec89.blogspot.com

YOUTUBE: https://www.youtube.com/user/maelec89

FACEBOOK: https://www.facebook.com/maelec89

Presentado a:

Público en general

San Juan de Pasto 16 de Febrero del 2015

INTRODUCCION

La importancia de este proyecto, no es otra, sino la de dar un aprendizaje a través de la

observación, enriqueciendo conocimientos adquiridos previamente.

En el siguiente documento se presenta el diseño, análisis y montaje de un circuito electrónico.

Usando un dispositivo electrónico conocido como amplificador operacional. Teniendo en

cuenta sus parámetros y medidas, se logra dar resultado a un diseño que permite; entender y

aprender la forma como se comporta un dispositivo como estos.

Se dará una explicación de cómo se desarrollo este proyecto, al cual Producciones Maelec 8.9

a denominado PROYECTO OPTAO (Optocoplador con Amplificador operacional).

OBJETIVOS

Con el siguiente documento se dará una explicación sencilla del funcionamiento de un

amplificador operacional en un circuito.

A través de la observación y práctica se pretende una mayor absorción de aprendizaje.

con la asociación y adaptación de otros elementos se pretende que el lector conozca

todas las variantes que se le puede dar a un dispositivo electrónico.

MARCO TEORICO

El amplificador operacional en términos sencillos de entender, es un dispositivo que permite

un aumento en la salida, este dispositivo es empleado en la mayoría de proyectos y circuitos.

El amplificador operacional, en asocio con un optocoplador permite el montaje de proyectos

en los cuales, se pueden usar dos valores con rangos muy diferentes tanto de Tensión como

de intensidad; donde una alta carga de tensión pueda causar un efecto negativo en el

amplificador operacional.

Dando una explicación corta de la función que cumple un optocoplador, dentro de este

dispositivo hay un LED (Diodo Emisor de Luz) que proporciona fotoelectrones a un

fotoreceptor como en este caso un TRIAC, el cual se activa solamente cuando recibe una

señal proveniente del LED. Permitiendo así que el circuito con menos tensión eléctrica no

sufra algún daño.

Tomado de (López Rendón Alfredo. Amplificadores.)

Recuperado de http://proyectoselectronicos/optocoplador.com

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

MATERIALES

Resistores:

R1: 1K

R2: 200K

R3: 330

R4: 100

RV1: 10k

LDR1: ---

Semiconductores:

D1; D2: (LED): ROJO; AZUL (opcional)

OA1: LM 741

OPTO1: (OPTOCOPLADOR): MOC 3021

TR1: (TRIAC) BT136

Otros:

BAT1: FUENTE DC 9V A 1 A

ALT: (Alternador) FUENTE VARIABLE AC 120 o 220 V

L1: LAMPARA O BOMBILLA 110V

(Nota: el costo de los elementos mencionados anteriormente y valores de otros elementos

usados se encuentran en el apéndice A)

Esquema recuperado de http://www.electronica2000.com

Se procede a diseñar este circuito en tres etapas:

1. Primera etapa Amplificador Operacional

En esta etapa de prueba se toma el Amplificador Operacional, usándolo como un circuito

regulador y activador de luz. El potenciómetro (RV1) regula la intensidad de luz; junto con el

uso de la fotoresistencia (LDR1) se puede activar la bombilla (LED). Se de día o de noche.

La fotoresistencia (LDR 1) que se uso en este proyecto, tiene un rango de carga límite; por

tanto, con un exceso de fotoelectrones este elemento se satura. Para evitar esto, solo basta con

conseguir una fotoresistencia de mayor capacidad.

2. Segunda etapa optocoplador

Teniendo en cuenta que no se hallo el TRIAC bt-136 se procedió a colocar un TRIAC ideal,

en la simulación. Se muestra una fuente (BAT 1) conectada al optocoplador (OPTO 1) la cual

solo esta, para dar alimentación al circuito, es decir, no tiene nada que ver con el proyecto

3. Tercera etapa acoplamiento total del circuito

En esta etapa se integra los dos circuitos mencionados anteriormente. El esquema y

simulación de los circuitos mencionados anteriormente se puede encontrar en el video que

hace parte de este informe.

Simulador electrónico (Proteus. Versión 7.4 SP3. [Archivo de computador])

Resultado y análisis

Se procede a realizar este proyecto de manera física

1. Primera etapa Amplificador Operacional

Hay que aclarar que la primera etapa solamente se elaboro en un protoboard.

Se mostraran a continuación unas imágenes y sus resultados respectivos.

Midiendo la fuente DC y la salida del Amplificador Operacional

Figura 1. Voltaje obtenido de la salida de

la fuente DC sin el LED encendido,

aproximadamente 2.4 Volt.

Figura 2. Voltaje obtenido de la salida de

la fuente DC con el LED encendido,

aproximadamente 2.5 volt.

Con lo visto en las figuras (1) y (2) se puede comprobar que el voltaje se amplifica a razón de

120 mV (milivoltios). Respecto a la salida que proporciona la fuente DC. Entonces se puede

decir que:

Donde: “e” (voltaje de entrada de la fuente DC) es una derivada de los voltajes obtenidos en

los dos estados del circuito; es decir, cuando el circuito esta con el LED encendido (e1) y

cuando el LED se encuentra apagado (e2).

Figura 3. Voltaje obtenido de la salida del

Amplificador Operacional, sin el LED

encendido, aproximadamente 1.36 Volt.

Figura 4. Voltaje obtenido de la salida del

Amplificador Operacional, con el LED

encendido, aproximadamente 1.76 Volt.

Con lo visto en las figuras (3) y (4) se puede comprobar que el voltaje se amplifica a razón de

400 mV (milivoltios). En la salida del Amplificador Operacional. Se puede aplicar entonces:

Donde: “s” (voltaje de salida del OA) es una derivada de los voltajes obtenidos en los dos

estados del circuito; es decir, cuando el circuito esta con el LED encendido (s1) y cuando el

LED se encuentra apagado (s2).

Para entender mejor lo que anteriormente se menciono se dice que, los coeficientes de los

valores mencionados en las ecuaciones darán como resultado:

Donde V1 (voltajes obtenidos cuando el LED está encendido) corresponde a los valores más

altos y V2 (voltajes obtenidos cuando el LED está apagado) corresponde a los valores más

bajos.

Aplicando las ecuaciones que se mencionaron, se dará un ejemplo con los resultados vistos en

las Figuras (1), (2), (3), (4) descritas en el informe.

Se plica las derivadas en ambos resultados figuras (1), (2) y en las figuras (3), (4), dando

como resultado:

En base a los resultados se puede decir que, existe una diferencia de 0.12 voltios entre los

voltajes de las figuras (1) y (2); también hay una diferencia de 0.4 voltios entre los voltajes de

las figuras (3) y (4).

Se procede ahora a buscar sus coeficientes, los cuales darán solución para encontrar un voltaje

sea este de entrada de la fuente DC (Ve); o de salida del OA (vs).

Entiéndase que los valores obtenidos V2 corresponde a valores bajos de voltaje (valores

cuando el LED está apagado; y los valores V1 corresponden a valores altos de voltaje (valores

cuando el LED está encendido).

Ahora entonces se puede deducir una ecuación para hallar cualquier voltaje en este circuito ya

sea este Ve (voltaje de la fuente DC) o Vs (voltaje en la salida del OA).

Donde Vs1 y Vs2 son los voltajes de la salida del OA. Si se quiere conocer el Ve (voltaje de

la fuente DC) solo basta con despejar este valor en las ecuaciones (9 o 10).

Editor de ecuación (Geogebra. Versión 5.0.18.0 -3D. [Archivo de computador])

2. Segunda etapa optocoplador

En esta etapa además de probarlo en un protoboard, también se ha decidido diseñar y

montarlo en un impreso.

El análisis y resultado de este proceso, es el mismo que se encuentra en el informe:

“Proyecto Temci”. Por esta razón no se mostrara sus resultados.

No obstante se dará valores obtenidos del Amplificador Operacional, y que hacen

parte de este proyecto.

Valores de corriente

Figura 5. Amperaje obtenido de la

entrada de la fuente DC, sin el LED

encendido, aproximadamente 2.5

mA.

Figura 6. Amperaje obtenido de la

entrada de la fuente DC, con el

LED encendido, aproximadamente

1.37 mA.

Con los valores encontrados se puede aplicar la ecuación de la ley ohm para hallar la

resistencia generada por el circuito.

De lo anterior se tiene que para un voltaje de 2.4 (V2) con una corriente de 2.5mA (I2) su

resistencia es de 960 ohmios; para un voltaje de 2.5 voltios (V1) con una corriente de 1 mA.

(I1) su resistencia será de 2500 ohmios es decir, 2,5 KΩ.

3. Tercera etapa acoplamiento total del circuito

El final de esta etapa, es la suma de los resultados obtenidos en cada etapa

anteriormente mencionada. Se pude concluir entonces que el voltaje aproximado de la

fuente DC, se encuentra entre:

Como se puede apreciar en las ecuaciones (15), (16) y (17) se encuentra los valores

totales de cada medición hecha al proyecto (se desprecia el voltaje de salida del

amplificador operacional).

En conclusión se tiene que: el circuito trabaja con una tensión de 2.46 voltios, tiene

una intensidad de 1.75 mA. Y su resistencia es de 1.73KΩ.

Editor de ecuación (Geogebra. Versión 5.0.18.0 -3D. [Archivo de computador]

CONCLUISIONES

En el anterior trabajo se observo el comportamiento de un amplificador operacional, sus

características y funciones.

Todos los datos correspondientes hechos en el laboratorio fueron recopilados en el anterior

trabajo, de esta manera se logra asimilar y comprender su correcto funcionamiento al

montarlo en un circuito electrónico.

El uso de nuevos dispositivos que son integrados al amplificador operacional, da el refuerzo y

destreza para la solución y creación de nuevos proyectos.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AMPLIFICADORES

López Rendón Alfredo. (2007). Amplificadores. (UNAD). Colombia.

OPTOCOPLADOR

(n.d).Recuperado de http://www.proyectoselectronicos/optocoplador.com

ELECTRONICA 2000

(n.d).Recuperado de http://www.electronica2000.com

ML 741 CARACTERISTICAS

LM 741 Operational Amplifiers. (Texas Instruments).(n.d.)

BT136 CARACTERISTICAS

BT 136 Triancs. (Philips Semiconductors). (n.d)

MOC 3021 CARATERISTICAS

MOC 3021 Optocouplers/Optoisolators (Texas Instruments). (n.d)

MANUAL ESTILO APA

(2010). Manual Estilo APA. 3ª edición al español. (CEUNI). Recuperado

de http://biblioinstruccion.blogspot.com

Geo Gebra. Versión 5.0.18.0 -3D. [archivo de computador].

Proteus. Versión 7.4 SP3. [archivo de computador]

APÉNDICE

Apéndice A: Costo del circuito

Materiales c / u (pesos Colombianos) cantidad Pesos Colombianos Dólar Estadounidense

R1 a R4 20 4 80 4 penny

RV 1 500 1 500 1 quarter

LDR 1 50 1 50 2.5 penny

D1; D2 100 2 200 1 dime

OA 1 700 1 700 3.5 dime

OPTO 1 1,000 1 1000 1 half dollar

TR 1 1,000 1 1000 1 half dollar

BAT 1 9,000 1 9000 4.5 dollars

ALT ---- --- ---- ----

L1 700 1 700 3.5 dime

DISEÑO 8100 2 16,200 8.10 dollars

TOTAL 21,200 15 29,500 14.75 dollars

La palabra “Diseño” en la tabla, es el costo que tiene este circuito hecho por Maelec 8.9

laboratories, excluyendo los materiales.

Para la realización de este Proyecto se ha gastado un mínimo de cuatro horas y media que

corresponden:

Análisis (observación del esquema o diagrama), prueba (realización en el protoboard), diseño

(simulación en un software), montaje (elaboración de la placa y puesta de los elementos),

arreglo (verificación o retoque del circuito).

Para la conversión de los pesos colombianos a los centavos y/o dólares estadounidenses, se ha

tomado como referencia un valor de 2000 pesos colombianos, omitiendo los valores que rigen

en la actualidad.