amplificador diferencial y operacional

LABORATORIO: ELECTRONICA II

EXPERIMENTO Nº 3

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL Y OPERACIONAL

I. OBJETIVO Experimentar las propiedades del Amplificador Diferencial. Experimentar las propiedades del Amplificador Operacional.

II. FUNDAMENTO TEORICO Estudio del Amplificador Diferencial y Operacional. Explicar los parámetros del transistor, Zi, Zo, Ad, Ac.

III. PROCEDIMIENTO

Fig. 1-a

V1 V2

Vo

Fig. 1-b

1. Encontrar los puntos de reposo del amplificador a experimentar (Fig. 1-a y Fig. 1-b).Para Fig. 1-a:

IC=IE/2

IC=IE/2

IC=IE/2

IBVo

IC=IE/2

V1 V2

IC=IE/2

IC=IE/2 IC=IE/2

Malla

IE

IBVo

No consideramos la resistencia de 0.1 K, que funcionaba como potenciómetro unido con 4.7 K, ya que solo iba a variar entre 4.7 K y 4.8 K

En la figura:

VB=0V, entonces IB=0A

En la malla:

1K*IB + VBE + 0.22K*(IE/2) + 4.7K*IE = 12V0 + 0.7V + 0.11K*IE + 4.7K*IE = 12VIE = 2.35 mAEntonces:

IC = IE/2IC = 2.35 mA / 2IC = 1.175 mA

Se sabe que:

VBE = VB – VE

Pero: VB=0VBE = 0 – VE =0.7 VVE = -0.7 V

VC = 12 V - IC*7.5 KVC = 12 V - 1.175 mA*7.5 KVC = 3.1875 V

Malla

IE

VCE = VC - VEVCE = 3.1875 V - (-0.7 V)VCE = 3.8875 V

Para Fig. 1-b:El potenciómetro variará de 0 K hasta 10 K, por lo que consideraremos una resistencia que tome el valor máximo del potenciómetro, para nuestro caso, 10 K

El anterior circuito puede representarse de la siguiente forma:

Por divisor de tensión:

VB = 4.7 K*(-12 V) / (4.7 K + 10 K)VB = -3.84 V

VBE = VB – VE0.7 V = -3.84 V - VEVE = -3.84 V - 0.7 VVE = -4.54 V

VE = IE*3.9 K – 12 V-4.54 V = IE*3.9 K -12 VIE = (-4.54 V + 12 V) / 3.9 KIE = 1.91 mA

IC = IE / 2IC = 1.91 mA / 2IC = 955 uA

Para Fig. 1-a y Fig. 1-b, implementadas:

IE = 1.91 mAIC = 955 uA

Del circuito:

VB = 0VBE = VB – VE0.7 V = 0 – VEVE = -0.7 V

VC = 12 V – 7.5 K*(IE/2)VC = 12 V – 7.5 K*(1.91 mA / 2)VC = 4.8375 V

VCE = VC – VEVCE = 4.8375 V – (-0.7 V)VCE = 5.5375 V

2. Considerando que V1 y V2 son dos señales de la misma magnitud pero desfasadas una con respecto a la otra 180º, encontrar (Fig. 1-a y Fig. 1-b):Ad, Ac, Vo, Zi, Zo.

Doble Terminal (AD):

Teóricamente:

V1 ViVo -V1-Vi

Del circuito:

Vi = V1 * 1K/(1K + 10K)Vi = V1/11V1 = 11 * Vi

Sabemos:

IE = (1+β)*IB

hie = βre

Desarrollando:Vi = hie*IB + 0.22*(1+β)*IB + 0.22*(1+β)*IB +hie*IB –Vi2Vi = 2(hie*IB + 0.22*(1+ β)*IB)Si β es demasiadamente grande, entonces:(1+ β) = β2Vi = 2(β *re*IB + 0.22*β*IB)Vi = (re + 0.22 K)* β*IB

Como V1 = 11*Vi, entonces:

V1 = 11 * ((re + 0.22 K)* β*IB)

Para:Ad = Vo / Vd

Donde:Vo = 7.5 K * β * IB

Vd = V1 – (-V1)Vd = 2*V1

Reemplazando:

Ad = (7.5 K * β * IB) / (2*11((re + 0.22 K)* β*IB))Ad = RC / (22*(re + 0.22 K))

Para Fig. 1-a:RC = 7.5 Kre = 26 mV / 1.175 mAre = 22.128 Ω = 0.022128 KAd = 1.407

Para Fig. 1-b:RC = 7.5 Kre = 26 mV / 0.955 mAre = 27.23 Ω = 0.02723 KAd = 1.379

Experimentalmente:

Para Fig. 1-a:

AD = Vo / Vd

Donde:Vd = V1 – V2Vd = 1V – (-1V)Vd = 2 VReemplazando:AD = 2.243 V / 2 VAD = 1.1215

Fig. 1-a y 1-b

AD = Vo / Vd

Donde:Vd = V1 – V2Vd = 12mV – (-12mV)Vd = 24 mVReemplazando:AD = 25.76 mV / 24 mVAD = 1.073

Terminal Comun (Ac):

Experimentalmente:

Para Fig. 1-a:

AC = Vo / V1Donde:V1 = 1.5 VVo = 104.0 mV = 0.104 VAC = 0.104 V / 1.5 VAC = 0.0693

Fig. 1-a y 1-b

AC = Vo / V1

Donde:V1 = 1.5 VVo = 53.44 uV = 0.05344 VAC = 0.05344 V / 1.5 VAC = 0.03563

3. Qué ventajas se obtiene al utilizar una fuente de corriente en lugar de la Resistencia de emisor (Fig. 1-b).

La fuente de Corriente, proporciona mayor estabilidad en el momento del flujo de corriente, ya que contiene en su estructura circuital, componentes que de alguna manera mejoran el rendimiento de esa fuente, a diferencia del uso de una sola resistencia.

4. Implementar el circuito de la Fig. 1-a

Experimentalmente:

Tenemos:

VC = 3.229 VVE = -660.7 mV

VCE = VC – VEVCE = 3.229 V-(- 0.6607 V)VCE = 3.8897 V

VCE teórico = 3.8875 V………………………….valores aprox. Iguales.

Tenemos:

IC = 1.167 mA

IC teórico = 1.175 mA…………………………………….valores aprox. Iguales.

5. Aplicar señal hasta obtener la máxima señal de salida sin distorsión (f=2Khz.)Probamos con una señal de 12 V:

Observamos que tiene ciertas deformaciones; probamos con 5 V:

Sigue teniendo las mismas deformaciones aunque menos notorio. Probamos con una señal de 2 V:

Al parecer, la curva va tomando forma, entonces escogemos una señal de 1.5 V, para asegurar la forma de la curva:

Para obtener esta señal, se trabajo con los siguientes datos:

V1 = 1.5 VV2 = 1 V

AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Procedimiento:

1. Implemente los siguientes circuitos:

Fig. 2-a Fig. 2-b

2. Para Vcc=12 V y Vi = 1V Sen(t), calcular Vo para (Fig. 2-a y Fig. 2-b), RA = 1K

Teóricamente:

Para este caso tenemos:V1 = 1V*Sen (t)Con esto podemos decir que V1 es un voltaje alterno de entrada, y que esa señal de 1V*Sen (t) alcanza su punto más alto cuando Sen (t) =1, entonces t=π/2.

R1 10K 10K 10K 10K 10K 10K 10K 10KR2 10K 20K 30K 100K 110K 120K 130K 1100K

Fig.2-aVo(pp)

4V 6V 8V 22V 24V 26V 28V 222V

Fig.2-b -2V -4V -6V -20V

-22V

-24V

-26V -220V

R1 V1Vcc

Vcc

R2

VoR1

RA

Vcc

Vcc

R2

VoV1

Y resulta lógica la anterior afirmación, ya que la función sen (t) va a tener como dominio [-1,1]Si reemplazamos los valores limites de Sen (t), tenemos:

Vmax = 1V *(1)Vmax = 1V

Vmin = 1V*(-1)Vmin = -1V

Por lo tanto, nosotros consideramos:V1 = 1V

Tenemos:

Para R1 = 10K y R2 = 10KFig. 2-a:Vo (pp)=2*(1 + R2 / R1)*V1Vo (pp)=2*(1 + 10K/10K)*1VVo (pp)=2*(1 + 1)*1VVo (pp)=4 V

Fig. 2-b:Vo (pp)=2*(-R2 / R1)*V1Vo (pp)=2*(-10K/10K)*1VVo (pp)=2*(- 1)*1VVo (pp)=-2 V

Para R1 = 10K y R2 = 20KFig. 2-a:Vo (pp)=2*(1 + R2 / R1)*V1Vo (pp)=2*(1 + 20K/10K)*1VVo (pp)=2*(1 + 2)*1VVo (pp)=6V





Fig. 2-b:Vo (pp)=2*(-R2 / R1)*V1Vo (pp)=2*(-130K/10K)*1VVo (pp)=2*(- 13)*1VVo (pp)=-26 VPara R1 = 10K y R2 = 1100KFig. 2-a:Vo (pp)=2*(1 + R2 / R1)*V1Vo (pp)=2*(1 + 1100K/10K)*1VVo (pp)=2*(1 + 110)*1VVo (pp)=222 V


3. Para cada uno de los casos anteriores y una señal cuadrada de 1Mhz de 1.8 V. Dibuje la onda de salida.

Experimentalmente:

Para Fig. 2-a:

R1=10kR2=10K

R1=10kR2=20K

R1=10kR2=30K

R1=10kR2=100K

R1=10kR2=110K

R1=10kR2=120K

R1=10kR2=130K

R1=10kR2=1100K

Para Fig. 2-b:

R1=10kR2=10K

R1=10kR2=20K

R1=10kR2=30K

R1=10kR2=100K

R1=10kR2=110K

R1=10kR2=120K

R1=10kR2=130K

R1=10kR2=1100K

IV. OBSERVACIONES Cuando nos pidan obtener el voltaje de salida en un OPAMP, tenemos que

verificar siempre su voltaje de entrada, ya que su mal interpretación conlleva al error en los cálculos.

Siempre hacer las mediciones correctamente, usando el software WorkBench.

Comprobar dichas mediciones, cuando sea posible, con los valores teóricos encontrados.

V. BIBLIOGRAFIA

NOTA: Usar el software WorkBench para el desarrollo del laboratorio.

amplificador diferencial y operacional

Documents