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Universidad Politécnica Salesiana INGENIERÍA ELECTRÓNICA

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

FACULTAD DE INGENIERIAS

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

LABORATORIO DE ELECTRONICA ANALOGICA II


DOCENTE:

ING. ESTEBAN ORDOÑEZ

REALIZADO POR:

DIEGO ARPI

MARTIN URGILES

20 de Enero del 2011

CUENCA - ECUADOR



PRÁCTICA # 9

1. TEMA: AMPLIFICADORES OPERACIONALES

2. OBJETIVOS

2.1. Diseñar, calcular y comprobar el funcionamiento de las siguientes configuraciones básicas del Amplificador Operacional:

a) Circuito invertente b) Circuito no invertente c) Circuito Derivador d) Circuito Sumador no invertente

Comprobar el funcionamiento aplicando señales continuas y variables.

2.2. Investigar y Armar el circuito generador de Onda Sinusoidal.

3. MARCO TEÓRICO

Amplificadores Operacionales

Amplificador Inversor

Dada una señal analógica el amplificador inversor constituye el modo más simple de

amplificar o atenuar la señal.

La impedancia de entrada del dispositivo es infinita, por lo cual no circulará corriente en el interior

del amplificador operacional y las resistencias R1 y R2 estarán dispuestas en serie. Por encontrarse

estas resistencias dispuestas en serie la corriente que atravesará ambas será la misma.

A continuación se va a demostrar cómo Va es nula. Si tenemos en cuenta que la ganancia de

tensión de un amplificador operacional debe atender a la relación salida/entrada:



Al ser una de las características del amplificador la ganancia en tensión infinita podemos intuir que

la única solución válida es disponer a la entrada del amplificador de una tensión nula.

La tensión de salida es proporcional a la tensión de entrada, siendo el factor de proporcionalidad

una constante que definimos con las resistencias R1 y R2. El nombre de inversor viene dado por el

signo negativo presente en la fórmula. Es decir, el montaje invierte la fase de la señal; este detalle

no puede pasarse por alto para señales que requieran cuidar su fase.

La resistencia R3, sirve para compensar los posibles efectos no deseados debidos a imperfecciones

en el funcionamiento de los amplificadores operacionales reales. En concreto busca disminuir el

efecto nocivo de unas intensidades de polarización residuales presentes en las entradas del amp.

(Que conlleva una impedancia de entrada elevada pero no infinita).

Amplificador No Inversor

Este circuito presenta como característica más destacable su capacidad para mantener la fase de

la señal. El análisis se realiza de forma análoga al anterior.

Se ha razonado que la diferencia de tensión en las patillas de entrada del amplificador operacional

ha de ser nula, por lo que la tensión presente en la patilla inversora será la misma que la presente

en el no-inversor. Por hallarse las resistencias R1 y R2 en serie, la corriente que las atravesará será

la misma y conocida, ya que sabemos el valor de R1 y las tensiones en sus extremos (Vin y 0):

Se puede apreciar cómo no existe signo negativo en la expresión (no se invierte la señal), siendo

además la ganancia siempre superior a la unidad. Este circuito no permite por consiguiente

atenuar señales.

Se hará una puntualización con respecto a la conveniencia de uso del inversor/no inversor. La

inversión de fase no resulta significativa en el tratamiento de señales alternas, ya que dichas



señales varían entre semiciclos positivos y negativos. Un amplificador inversor aplicado a una señal

alterna tiene como resultado una simple inversión de fase. Sin embargo en señales de continua el

resultado es bien distinto. Si deseamos duplicar una tensión continua e introducimos a la entrada

de un amplificador inversor 2V a la salida tendremos -4V (negativos), lo cual puede ser un

inconveniente en determinadas aplicaciones. La elección de una etapa u otra depende por

consiguiente de las condiciones concretas de diseño.

Amplificador Seguidor

Esta sencilla configuración ofrece una tensión de salida igual a la tensión de entrada, no

produciéndose ganancia alguna.

El montaje se emplea fundamentalmente como adaptador de impedancias, ya que no consume

corriente en su entrada (impedancia de entrada infinita) ofreciendo señal en su salida (impedancia

de salida nula).

Vout =Vin

Su nombre está dado por el hecho de que la señal de salida es igual a la de entrada, es decir, sigue

a la de entrada.

Configuración Sumador No Inversor

La salida se encuentra en fase con la entrada, pero no se puede obtener ganancia unitaria.



Si se aplican las consideraciones de un amplificador no inversor:

La tensión en el terminal no inversor (Vi) viene determinada por:



Amplificador Derivador

En la salida (Vo) se obtiene la derivada de la señal de entrada (Vi), respecto al tiempo, multiplicada

por una constante. El circuito se basa en un inversor, en el que R1 se ha sustituido por un

condensador.

Como IC = Ii

La tensión de salida (Vo) será:

4. EXPLICACION DE LA PRÁCTICA.

La práctica consiste en comprobar el funcionamiento de los amplificadores operacionales en

sus distintas configuraciones y además realizar una aplicación que en este caso sería un

generador de onda sinusoidal.



5. CALCULOS

- Amplificador Inversor.

Circuito amplificador inversor

Datos:

ΔV = 30

Rf = 100 kΩ

Vi = 0.45v

El valor de Ri será:

30

100

k

V

RfRi

Ri = 3.3 kΩ

El voltaje de salida será:

)45.0(30. vViVVo

Vo = - 13.63v

- Amplificador No Inversor.

VoVi

Ri

Rf

Vo

Ri

Rf

Vi



Circuito amplificador no inversor.

Datos:

ΔV = 31

Rf =100 kΩ

Vi = 0.45v

El valor de Ri será:

Ri

Rf1V

Ri

100113

Ri = 3.3 Ω


)45.0(30. vViVVo

Vo = 13.95v

- Amplificador Derivador

Circuito amplificador diferencial

Datos:

ΔV = 3

R2 = 10 kΩ

Vi1 = 2.25v

Vi2 = 5v

El valor de R2 será:



3

1021

k

Av

RR

Ri = 3.3 kΩ


3)25.25()12( AvViViVs

Vo = 8.25v

- Amplificador Inversor Sumador.

Configuración amplificador inversor sumador.

Datos:

ΔV = 3

R1 =3.3 kΩ

Vi1 = 5v

Vi2 = - 2.25v

R2 = 10 kΩ

2

2

21

1

2Vi

Ri

RVi

Ri

RVo

v

k

kv

k

kVo 25.2

3.3

105

3.3

10

Vo = 8.33v

- Amplificador Sumador No Inversor



Configuración amplificador inversor sumador.

Datos:

ΔV = 4

R1 =3.3 kΩ

Vi1 = 5v

Vi2 = - 2.25v

R2 = 10 kΩ

2

21

3

21

ViVi

R

RVo

2

25.25

3.3

101

k

kVo

Vo = 5.95v

- Generador de onda Sinusoidal.

Generador de onda Cuadrada:



Generador de onda Triangular:

Vs = Vi.t / τ t * 2 = 1 / f

13 = 2*0.3ms / T t = 0.3 ms

T = 44 us

C = 0.1 uF R = 898 Ω

13 = 5.4 / R.C

RC = 1.538

C = 10 uF R = 153.8 k Ω

V = (R2 / R1)*Vs

12 = (R2 / R1)*13

R1 = 1 kΩ R2 = 923 Ω



Generador de onda Sinusoidal:

Vs = Vi.t / τ t * 2 = 1 / f

13 = 2*0,3m / τ t = 0.3 ms

τ = 44 us

C = 0.1 uF R = 898 Ω

13 = 5.4 / R.C

RC = 1.538

C = 10 uF R = 153.8 k Ω

V = (R2 / R1).Vs

12 = (R2 / R1).13

R1 = 1 kΩ



ESQUEMA GENERAL:

6. SIMULACIÓN

U1A

LM348N

3

2

11

4

1

U1B

LM348N

5

6

11

4

7

U1C

LM348N

10

9

11

4

8

U1D

LM348N

12

13

11

4

14

R1

100kΩ

R2

100kΩ

R3100kΩ

R4

10kΩ

R6

100kΩ

C1

1µF

C2

0.1µF

R5

50kΩ

Key=A50%

V1

-12 V

V2

12 V

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _



7. LISTA DE MATERIALES.

CANT Materiales

10 Resistencias

4 LM741

1 Osciloscopio

6 Condensadores

1 LM348

1 Potenciómetro

8. ANÁLISIS

-Tablas de valores medidos y simulados.

Amplificador Inversor

Cuadro Comparativo

Calculado Medido

∆V 30 29.6

Vo -13.62 v -13.32 v

Vi 0.45 v 0.45 v

Tabla 1. Cuadro de valores medidos y calculados del circuito amplificador inversor



Amplificador No Inversor

Cuadro Comparativo

Calculado Medido

∆V 31 31.2

Vo 13.95 v 14.04v

Vi 0.45 v 0.45 v

Tabla 2. Cuadro de valores medidos y calculados del circuito amplificador no inversor

Amplificador Derivador

Cuadro Comparativo

Calculado Medido

∆V 3 3.018

Vo 8.25v 8.24v

Vi1 2.25v 2.24v

Vi2 5v 4.97v

Tabla 3. Cuadro de valores medidos y calculados del circuito

Amplificador Sumador Inversor

Cuadro Comparativo

Calculado Medido

∆V 3 2.989

Vo -8.33v -8.33v

Vi1 5v 4.97v

Vi2 -2.25v -2.19v


Amplificador Sumador No Inversor

Cuadro Comparativo

Calculado Medido

∆V 4 4.11

Vo 5.95v 5.62v

Vi1 5v 4.95v

Vi2 -2.25v -2.19v




9. CONCLUSIONES

- El amplificador operacional permite obtener una señal con una ganancia a partir de una señal de ingreso.

- Se verifico en la práctica que los valores medidos son muy aproximados a los valores calculados.

- En el amplificador no inversor la señal de ingreso se encuentra en fase con la señal de salida, pero al visualizar las respectivas señales en la práctica se pudo observar que la señal de salida se retrasa con respecto la señal de ingreso, debido al tiempo de conmutación que se presenta en el interior del operacional.

- Cuando trabajamos con amplificadores que mezclan dos o más señales en el ingreso, es importante que estas estén en fase porque si no es así en la señal de salida no se obtendrá un a onda perfecta.

10. BIBLIOGRAFÍA

- IRWIN, Análisis de Circuitos en Ingeniería. Editorial CEAC. Barcelona-España

1984.

- http://es.wikipedia.org/wiki/Amop%C3%Amplf_Opsdt

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