amplificador operacional lab nº4
TRANSCRIPT
Alumnos: José Pardo López. Hugo Arriagada Albarran Franklin Muñoz Jonathan Darmendrail Asignatura: Electrónica II Carrera: Telecomunicaciones Digitales Profesor : Ing. Alejandro Villegas Macaya
INDICE
Introducción
Objetivos
Fundamento Teórico
Desarrollo Experimental
Fudamentacion Teórica de Amplificador Operacional No inversor
Fudamentacion Teórica de Amplificador Sumador
Circuito Nº1 “Amplificador Operacional No Inversor”
Circuito Nº1 “Cálculos Teóricos”
Circuito Nº1 “Experiencia Practica”
Circuito Nº1 “Simulado en Multisim”
Circuito Nº2 “Circuito Amplificador Sumador”
Circuito Nº2 “Cálculos Teóricos”
Circuito Nº2 “Experiencia Practica”
Circuito Nº2 “Simulación Multisim”
Instrumentos utilizados en la Experiencia
Conclusiones
Anexo “Circuito Integrado LM741”
INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN LA EXPERIENCIA
1 Osciloscopio2 Generador de Audiofrecuencia1 Multitester Digital1 Miliamperímetro Stara 0 – 1 A2 Fuentes de c.c. Kenwood PR 18-51 Amplificador Operacional 7413 Resistencias de 10K Ohm1 Resistencia de 100K Ohm1 Resistencia de 1K Ohm1 Resistencia de 1.5K Ohm1 Resistencia de 27K Ohm
1 Resistencia de 0.47K Ohm
Laboratorio Nº2
“Amplificadores Operacionales: Amplificador no inversor y amplificador sumador”
Asignatura: Electrónica IIProfesores: Ing. Alejandro Villegas Macaya
Observación:
El desarrollo de la experiencia se realizara en tres etapas:
1.-Se montara el circuito en protoboard y se usara el material fundible disponible2.-Se comprobara la experiencia en el manejo de circuitos con circuitos con circuitos integrados3.-se comprobara a experiencia haciendo uso de un programa de simulación (MULTISIM)
1.0 Objetivos.1.1. Comprender el funcionamiento de los circuitos realimentados.1.2. Adquirir destrezas en el manejo de circuito con circuitos integrados.1.3. Familiarizarse con la aplicación del amplificador Operacional 741.
2.0 FUNDAMENTO TEORICO.
El amplificador operacional es un dispositivo activo, multiterminal, con una ganancia muy elevada. En su interior hay un conjunto de transistores y resistencias que hacen difícil el análisis del circuito interno. Los estudios se centran en determinar su función de transferencia, la relación de voltaje de salida respecto al voltaje de entrada.
Para nuestros análisis se utilizara el amplificador A741, que viene encapsulado en un formato de 8 pines, que en determinadas circunstancias, puede comportarse como una fuente de tensión controlada con una ganancia muy elevada.
En la cara superior del dispositivo hay un punto marcado que sirve de referencia para identificar el pin 1; el resto se nombran en sentido contrario a las agujas del reloj. Las funciones de cada una son:
1. Ajuste a cero
2. Entrada inversora (-)3. Entrada no Inversora (+)4. Polarizacion negativa hasta -15 V5. Ajuste a cero6. Salida7. Polarizacion positiva hasta +15 V8. Sin conexiones
El amplificador operacional como circuito lineal.
En la figura siguiente se muestra la configuración de un AO como dispositivo lineal: el amplificador no inversor.
Analizando el comportamiento del circuito anterior, se obtiene que
Siendo la ganancia del circuito
, y Vi, Vo, las tensiones de entrada y salida.
El amplificador sumador.
En la figura siguiente se muestra una figura con el Amp.Op utilizado como amplificador inversor sumador.En esta configuración, la relación entre la salida y la entrada esta dad por:
3.0. DESARROLLO EXPERIMENTAL
En esta Experiencia los alumnos conocerán el funcionamiento del amplificador operacional utilizado como amplificador no inversor y como amplificador sumador.
Para lo anterior debe montar los circuitos mostrador en la fundamentacion teórica con los valores indicados a continuación.
Amplificador No inversor
Rf = 1MΩR1 = 100KΩV1 = 100mV
Fundamentacion Teórica Amplificador No Inversor:
Vo= (Rf+R1)/R1*Vi
Con los valores dados anteriormente podemos calcular el voltaje de salida el cual resulta lo siguiente reemplazando los valores.
Vo= (1000000Ω+100000Ω)/100000Ω*0.100VoltsVo= (1100000Ω)/ (10000)Vo=1.1V Siendo la ganancia del circuito,
A=Vo/Vi = (Rf+R1)/R1 reemplazando;A=1.1V/0.1VA=11
Conclusión:
Al realizar la fundamentacion teórica del primer amplificador operacional no inversor podemos concluir que la señal de entrada es amplificada 11 veces por nuestro AO en este tipo de configuración y los valores dados del circuito, podemos observar que teniendo los valores de Rf R1 y V1 es posible calcular Vo luego de obtener Vo es posible calcular la ganancia de el circuito la que resulto ser una señal de salida de 1.1V teniendo en la entrada una señal de 100mV esto nos demuestra que las operaciones matemáticas o cálculos teóricos están buenos y comprobados estos son muy útiles al momento de realizar un circuito con AO para así anticiparse al resultado practico del circuito.
El amplificador sumador.
Amplificador Sumador Valores:
Rf = 1MΩR1 = 100KΩR2 = 500KΩR3 = 1MΩV1 = -2VV2 = +3VV3 = +1V
Siendo Vo;
Vo= -[(Rf/R1)V1 + (Rf/R2)V2 + (Rf/R3)V3]
Tenemos que,
Vo= -[(1000000Ω/100000Ω)-2V+(1000000Ω/500000Ω)3V+(1000000Ω/1000000Ω)1V]Vo= -(-20 +6 +1)Vo= 13V
En Cuanto a la ganancia asumimos calcularla por separado;
AV1=Vo/V1= -6.5AV2=Vo/V2= 4.3AV3=Vo/V3= 13
A=Vo/Vi= 13/(-2+3+1)=6.5 (ganancia total sumando los voltajes de entrada.)
Conclusion:
U1
741
3
2
4
7
6
51
R1
1.5kΩ
V1
0.5 Vpk 1kHz 0°
V215 V
V315 V
R2
470Ω
R3
27kΩ
1
3
0
5
0
0
46
0
Podemos concluir que en este tipo de configuración del AO podemos tener varias señales de entrada en la entrada del amplificador operacional con distintos valores de tensión la cuales pueden sumarse u restarse según sea los valores de las tensiones este resultado ingresa por la entrada del AO Terminal negativo(-) por lo tanto la señal Vo resultante debería Salir desfasada en el caso que los valores de tensión correspondan a corriente alterna, en este caso el calculo teórico resulto ser positivo por lo tanto se debe a que asumimos que los valores de entrada estaban en corriente continua , bueno lo cálculos teóricos fueron obtenidos satisfactoriamente.
Se pide además implementar los siguientes circuitos y analizar la respuesta a la salida del AO.
A) Amplificador no inversor
Calculo Teórico;
Rf = 27KΩR1 = 1.5KΩV1 = 1Vpp
Vo= (Rf+R1)/R1*Vi
Con los valores dados anteriormente calcularemos el voltaje de salida el cual resulta lo siguiente reemplazando los valores.
U1
741
3
2
4
7
6
51
R1
1.5kΩ
V1
0.5 Vpk 1kHz 0°
V215 V
V315 V
R2
470Ω
R3
27kΩ
1
3
0
5
0
0
46
0
Vo= (27000Ω+1500Ω)/1500Ω*1VppVo= (28500Ω)/ (1500)Vo=19Vpp
Siendo la ganancia del circuito,
A=Vo/Vi = (Rf+R1)/R1 reemplazando;A=19Vpp/1VppA=19
Conclusión:
Podemos concluir que en este circuito el desarrollo teórico nos ayuda mucho para saber adelantadamente los resultados o tener una referencia de lo que vamos a obtener en la practica, según la configuración de las resistencias R1 y Rf obtuvimos una ganancia de 19 y una señas de salida de 19Vpp, ósea que valor que queramos obtener tendremos que configurar Rf y R1. Además la señal de entrada entra por el Terminal positivo por lo que la señal de salida no saldría desfasada y tendría una ganancia positiva.
Experiencia Práctica:
Valores Obtenidos en la experiencia en laboratorio:
Vi=1.04VppVo=18.6VppSeñales Obtenidas:
En la imagen a continuación podemos observar la dos señales obtenidas en el circuito realizado en el laboratorio, siendo la de el CH1 la señal de entrada y el CH2 la señal de salida.
Señales de Entrada y Salida Obtenidas en el osciloscopio.
Conclusión:
Exactamente la teoría anduvo casi exacta con los valores obtenido en la practica cabe destacar que es muy útil analizar el circuito teóricamente para no cometer errores y obtener los resultados que se esperaban.
Podemos concluir también que la señal de entrada es mas pequeña que la de salida y eso nos demuestra que AO esta trabajando bien y cumple con los objetivos además observemos que estas dos señales están en fase.
Los Valores Obtenidos en la experiencia práctica fueron similares a los obtenidos teóricamente.
Valor de Vo Teórico: Vo=19Vpp Valor de Vo Exp Practica: Vo=18.6Vpp
Resultados en Multisim10:
Valores: Vi=1000mVpp (1Vpp) Vo=18.9 Vpp
Señal de entrada de 1Vpp proveniente de una fuente generadora de señal alterna ajustada a 1 Vpp.
Señal de Salida: de 18.9Vpp proveniente del pin 6 salida del AO 741.
Ambas señales de entrada y de salida: podemos observar que estas dos señales están en fase por lo tanto nos quiere decir que amplificador no invirtió su fase por lo tanto estas dos señales están en fase además por que el Vi entra por el Terminal positivo del LM741.
B) Amplificador Sumador
U1
741
3
2
4
7
6
51
V115 V
V215 V
R1
10kΩ
R210kΩ
R3
10kΩ R41kΩ
V3
0.5 Vpk 1kHz 0°
V4
0.5 Vpk 1kHz 0°
1
3
0
0 0
5
6
0
4
7
0
Calculo Teórico;
Valores:
Rf = 10KΩR1 = 10K ΩR2 = 10K ΩV1 = 1VppV2 = 1Vpp
Siendo Vo;
Vo= -[(Rf/R1) V1 + (Rf/R2) V2]
Tenemos que,
Vo= -[(10000Ω/10000Ω) 1Vpp+ (10000Ω/10000Ω) 1Vpp]Vo= -(1+1)Vo= -2Vpp
En Cuanto a la ganancia asumimos calcularla por separado;
U1
741
3
2
4
7
6
51
V115 V
V215 V
R1
10kΩ
R210kΩ
R3
10kΩ R41kΩ
V3
0.5 Vpk 1kHz 0°
V4
0.5 Vpk 1kHz 0°
1
3
0
0 0
5
6
0
4
7
0
AV1=Vo/V1= -2/1= -2AV2=Vo/V2= -2/1= -2
A=Vo/Vi= -2Vpp/(1Vpp+1Vpp)= -1 (ganancia total sumando los voltajes de entrada.).
Conclusión;
En este caso teórico podemos concluir que tenemos dos señales de entrada de 1 Vpp podemos concluir que estas dos señales se sumaron pero al entrar por el Terminal negativo del AO la señal de salida fue de –2Vpp ya que resultado de la suma de las dos señales de entrada al pasar por el AO fueron invertidas obteniendo tanto una señal con polaridad negativa y una ganancia de -1 también negativa respectivamente.
Experiencia Práctica:
Resultado Obtenidos en el laboratorio y experiencia practica:
V1= 1.08VppV2= 1.06VppVo= 1.92VppSeñales Obtenidas el Osciloscopio en laboratorio:
Señal de entrada y salida obtenidas en el osciloscopio podemos observar que la señal de entrada CH1 es de 1.08Vpp y la amplitud de esta señal es mas estable que la del CH2 de 1.92Vpp y menos estable ya que las dos señales de entrada están constantemente sumándose debido a esto se debe al tipo de señal que obtuvimos
Conclusión:
Nuevamente la teoría anduvo casi exacta con los valores obtenido en la practica cabe destacar que es muy útil analizar el circuito teóricamente para no cometer errores y obtener los resultados que se esperaban.
Podemos concluir también que la señal de entrada es mas estable que la señal de salida la cual esta sumándose y variando constantemente lo que hace que esta señal de salida se comporte así.
Los Valores Obtenidos en la experiencia práctica fueron similares a los obtenidos teóricamente.
Valor de Vo Teórico: Vo=-2Vpp Valor de Vo Exp Practica: Vo=1.92Vpp
Resultados en Multisim10:
Valores: V1=1000mVpp (1Vpp) V2=1000mVpp (1Vpp) Vo= 2Vpp
Señales de entrada V1 y V2: como podemos ver en la imagen de arriba visualizamos las dos señales de entrada V1 y V2 las cuales tienen un valor de 1Vpp y están en fase.
Señal de salida del AO sumador dando esta como resultado una señal de 2 Vpp.
Señales de Entrada y Salida del AO Sumador: Arriaba podemos observar un detalle el cual es que la señal de salida esta desfasada con respecto a las señales de entrada y podemos ver que en la entrada tenemos dos señales de 1Vpp y a la Salida una señal de 2Vpp ósea que las dos señales de entrada se suman y se invierten de fase en este tipo de sumador.
CONCLUSIONES
Pudimos concluir que en el AO Amplificador no inversor la señal de entrada fue amplificada 19 veces debido a los valores de Rf y R1 y no hubo cambios en su fase de amplitud debido a que la señal de entrada ingreso por el Terminal positivo de nuestro Amplificador Operacional.
Concluimos que el AO cumple con la regla de sus terminales positivo o negativo y hemos comprobado en dos casos que si la señal de entrada entra por un Terminal positivo la señal de salida va salir en fase con la señal de entrada y si la señal de entrada entra por el Terminal negativo la señal de salida saldrá desfasada y la ganancia va ser negativa.
También observamos que los cálculos teóricos fueron casi exactos al momento de comparar los valores multisim laboratorio y teoría.
El AO sumador, al tener más de una señal de entrada el AO sumador las suma y dependiendo por que Terminal de entrada del AO ingresen el resultado será negativo o positivo en fase o en desfase.
Que un amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de manejo de señales normales o definidas por fabricantes. Que pueden ser manejadas por configuraciones básicas de un amplificador operacional.
LM741: Este dispositivo es un amplificador de propósito general bastante conocido y de uso muy extendido. Sus parámetros son bastante regulares, no teniendo ninguno que sea el mejor respecto a los de los demás, pero en conjunto presenta una alta impedancia de entrada.
.