DEPARTAMENTO INGENIERA ELCTRICA Y

ELECTRNICA

FACULTAD DE INGENIERA

UNIVERSIDAD DEL BO-BOLABORATORIO DE

ELECTRONICA 410146

INFORME LABORATORIO N2

Aplicaciones lineales de Amplificador Operacional

Integrantes: Antonio Vsquez B.

Juan Fernando Morales

Docente:Luis Silva

Fecha: 28 de abril de 2010

NDICE

Resumen2

Introduccin3

IBase Terica

4

1.1Circuito de amplificacin diferencial4

1.2Circuito integrador con amplificador diferencial4

1.3Circuito derivador con amplificador diferencial:

5

IIProcedimiento Experimental, resultado y anlisis5

2.1Amplificador diferencial6

2.2

2.3IntegradorDerivador6

7

2.4Controlador PI8

IIIConclusiones9

IVReferencias Bibliogrficas10

Listado de Materiales

Resumen

En el segundo laboratorio de electrnica, se monta como actividad numero, uno un circuito con amplificador diferencial con una ganancia de 10, utilizando el circuito integrado LM741, con la ayuda de un osciloscopio visualizaremos las respectivas formas de onda en la entrada y salida observando el comportamiento del circuito amplificador.

Se contina con un segundo circuito con amplificador operacional, el integrador constituido con el circuito integrado LM741, y un condensador de 0,01 microfaradios en el cual ocuparemos una tcnica de filtros para observar el fenmeno de saturacin. Se visualizan formas de onda y se hace funcionar el circuito dentro de su frecuencia de corte.

Como tercera experiencia del laboratorio se procede al armado de un circuito derivador con amplificador operacional de ganancia 10, el cual se compone del integrado LM741, al cual le aplicamos una entrada sinusoidal a una frecuencia pequea (f=160HZ), la cual ser variada hasta situar el circuito en su frecuencia de corte y visualizar que ocurre con la seal en la salida. Como parte dos del mismo experimento se medir la relacin de fase entre el voltaje de entrada y el de salida operando en la frecuencia de corte del circuito.

Para finalizar implementaremos un controlador bsico PI.

2Introduccin

Las aplicaciones de los amplificadores operacionales son tan importantes en el campo de la electrnica, que podemos encontrar dentro de cualquier aparato electrnico a estos, desde electrodomsticos a computadoras modernas necesitan de el y todas sus posibles aplicaciones lineales, con el propsito de introducirnos al uso correcto de circuitos integrados bsicos como lo son el LM741 y de ensayar sus aplicaciones lineales bsicas de forma manual y terica, se proceder a implementar circuitos como lo son el amplificador diferencial y circuito integrador.

Adems realizaremos medidas de los parmetros de operacin de estos circuitos y su real implementacin.

3I- Base Terica

1.1 -CIRCUITO DE AMPLIFICACION DIFERENCIAL:

El amplificador diferencial es otro circuito bsico de amplificadores operacionales. Entre sus ventajas se encuentran la ganancia de tensin estable, la alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida, que es capaz de tomar dos entradas y realizar una diferenciad estas para amplificarla. El valor de la amplificacin queda dado por el valor de los resistores.

1.2-CIRCUITO INTEGRADOR CON AMPLIFICADOR DIFERENCIAL:

Un integrador es un circuito que ejecuta una operacin matemtica llamada integracin. La aplicacin ms difundida de un integrador es la destinada a producir una rampa en su tensin de salida, la cual supone un incremento o un decremento lineal de tensin. Tambin es llamado integrador de Miller, en honor a su inventor.Esquema de circuito:

Funcin de transferencia:

Como se puede ver, el componente de realimentacin es un condensador en lugar de una resistencia.

41.3 -CIRCUITO DERIVADOR CON AMPLIFICADOR DIFERENCIAL:

Un diferenciador es un circuito que ejecuta una operacin matemtica de clculo diferencial denominada derivacin. Produce una tensin de salida proporcional a la variacin instantnea de la tensin de entrada respecto del tiempo. Aplicaciones comunes de un diferenciador son la de deteccin de los flancos de subida y bajada de un pulso rectangular o para producir una salida rectangular a partir de una rampa de entrada.Esquema de circuito:

Funcin de transferencia:

Se advierte una similitud con el integrador construido con un amplificador operacional, la diferencia radica en que la resistencia y el condensador estn intercambiados. Debido a la masa virtual, la corriente por el condensador pasa a travs de la resistencia de realimentacin, produciendo una tensin. La corriente que pasa por el condensador est dada por la relacin fundamental:

La cantidad dv/dt tiene el mismo valor que la pendiente instantnea de la tensin de entrada.II. Procedimiento, Resultado y Anlisis

2.1 -Experimento 1: (Amplificador diferencial)

Se monta el circuito mostrado en el esquema en un entrenador, el amplificador operacional utilizado esta vez es el circuito integrado LM741, alimentado con 14,7 volt, la seal de entrada es otorgada por un generador de funciones alimentado de 220 Vrms, el cual es regulado hasta alcanzar una salida de 1 volt a una frecuencia de W= 21000(rad/seg).

Para lograr ambas salidas mediante un solo generador utilizamos un potencimetro de 10K, el cual fue regulado hasta alcanzar los 0,7 volt deseados para la entrada 2.

5Circuito mas aproximaciones graficas de lo observado.

Observamos las dos entradas en la misma pantalla del osciloscopio utilizando los dos canales de este.

Los resultados obtenidos en este experimento fueron los deseados. Una seal amplificada casi diez veces que corresponde a la diferencia de las dos seales iniciales, ((1-0.7)volt)x10.La amplificacin deseada no fue lograda pero si obtuvimos una muy buena aproximacin casi los 3 volt calculados tericamente, la diferencia se debi a las variaciones de los componentes resistencia que alcanzaban a valer lo deseado.2.2 - Experimento 2 (Integrador):

En la implementacin del circuito integrador se utilizo una resistencia conectada en paralelo al condensador. Debido a que el condensador se comporta como un circuito abierto para seales de continua, no hay realimentacin negativa a la frecuencia cero. Sin realimentacin negativa, el circuito considera cualquier tensin de offset de entrada como una tensin valida, obteniendo un condensador cargado y una salida saturada positivamente, permaneciendo as indefinidamente.

La resistencia a conectar debe ser a lo menos 10 veces ms grande que la de entrada para asegurar un funcionamiento correcto.

Adems es esta resistencia la encargada de modificar la frecuencia de corte del circuito. Los clculos tericos indicaban la utilizacin de una de 14k, por razones de escases de materiales utilizamos uno aproximada de 10k

6

La alimentacin del LM741 fue realizada con 14,7 volt valor testeado con multitester fluke 79III sacados desde el entrenador multilab. La seal de entrada fue otorgada por un generador de funciones alimentado de la red de 220 Vrms.Circuito implementado: Circuito mas aproximaciones graficas de lo observado.

Observacin:Al comenzar con el armado de este circuito utilizamos un condensador electroltico el cual nos produjo un comportamiento extrao en la salida, al no lograr el objetivo fue necesario reemplazarlo por un condensador de cermico de 2 f.

Al ingresar la funcin sinusoidal al circuito logramos apreciar que la grafica de respuesta coincida con la grafica de la funcin coseno, por razones de tiempo e impertinencias no registramos su valor pick, pero si

Observamos que integra todo tipo de seales. 2.3- Experimento 3: (Derivador):

El diferenciador diseado en la parte terica aplicado en la vida real posee tendencia a oscilar, para evitar esto, generalmente se incluye una resistencia en serie con el condensador, tal como se muestra en el esquema. El valor tpico de esta flucta entre los 0,01R y 0,1R.

Con esta resistencia, la ganancia de tensin en lazo cerrado est comprendida entre 10 y 100. Su efecto es limitar la ganancia de tensin en lazo cerrado en altas frecuencias, donde surge el problema de oscilacin.

Al proceder con el armado del circuito, fuimos notando que algo raro pasaba con los valores en la salida, no corresponda a los deseados, al solicitar ayuda al profesor nos dimos cuenta de que todo est bien conectado, el problema era de la placa del entrenador multilab, la cual hubo que dar vuelta y realizar todo de nuevo, esto influyo mucho en el tiempo del experimento.

7Circuito mas aproximaciones graficas de lo observado.

La entrada rectangular produjo picos estrechos de tensin de salida A medida que aumentamos la frecuencia de la seal de entrada

Al igual que los anteriores experimentos observamos que lo calculado tericamente fue lo visto, con pequeas variaciones debido a que los materiales muchas veces no eran los ideales. .2.4 Experimento 4: (Circuito controlador PI)

El modo de control Integral tiene como propsito disminuir y eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El control integral acta cuando hay una desviacin entre la variable y el punto de consigna, integrando esta desviacin en el tiempo y sumndola a la accin proporcional. El error es integrado, lo cual tiene la funcin de promediarlo o sumarlo por un perodo determinado; Luego es multiplicado por una constante I. Posteriormente, la respuesta integral es adicionada al modo Proporcional para formar el control P + I con el propsito de obtener una respuesta estable del sistema sin error estacionario.

El control integral se utiliza para obviar el inconveniente del offset (desviacin permanente de la variable con respeto al punto de consigna de la banda proporcional.

Ejemplo: Mover la vlvula (elemento final de control) a una velocidad proporcional a la desviacin respeto al punto de consigna (variable deseada)

Experimento no realizado por falta de tiempo.

8

III. Conclusiones y comentarios

El circuito integrador se usa para transformar pulsos rectangulares en seales rampas lineales. Debido al conocido efecto miller, slo se utiliza la parte inicial del proceso de carga exponencial. Como esta parte es casi lineal, las rampas de salida son casi perfectas. Un uso de los integradores es para generar las tensiones de barrido de los osciloscopios.

Utilizando un amplificador operacional conseguimos un diferenciador con baja impedancia en la salida. Adems logramos retener como informacin no vista en el ramo terico parmetros de operacin que no conocamos de estos circuitos, como lo fue la resistencia en paralelo en el integrador para eliminar el offset de la salida, y el resistor en serie del derivador para evitar que este circuito oscilara, Dos fenmenos inexistentes en nuestras mentes de estudiantes hasta ahora.

9IV. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1]Apuntes Electrnica Prof. Natalie Risso.

UBB

[2]Malvino ttulo: principios de electrnica

LISTADO DE MATERIALES.

Instrumento/ elemento Marca modelo/ capacidad

EntrenadorMulti lab pro 2000

Circuito integrado LM741

Generador de funciones

Resistencias 2c/u Potenciomtreo1K, 10k , 100k10K

Osciloscopio Multitester Fluke 79III

Alambre de timbre

Alicate de punta

10

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

_1334493082.vsd

R1

+Vcc

-Vcc

Vout

Vin1

-

+

R1

Vin2

R2

R2

Caracteristica de transferencia

_1334499373.unknown

_1334499786.unknown

_1334500767.unknown

_1334499596.unknown

_1334495300.vsd

9,8k

+Vcc14,7

-Vcc14,7

Vout

Vin1

-

+

9,9k

Vin2

99,6k

Ambas entradas son sacadas de la misma fuente

Caracteristica de transferencia

98,7k

Potenciometro 10kohm

Generador de funciones entrada senoidal1volt

volt

0,7

1

Osciloscopio0.5volt/div

Visualizacin de las entradas

2,9 volt

Osciloscopio 2volt/div

_1334498519.vsd

La frecuencia sera aumentada hasta alcanzar la de corte

+Vcc14,7 volt

-Vcc14,7volt

Vout

Vin

-

+

99,6kohm

0,01Uf

99,9ohm

1,6kh

vol

2

160h

Pulso de entrada rectangular1volt/div

Salida respuesta al pulso rectangular2volt/div

vol

v

v

w

w

9,3

Entrada

Salida visualizada

1

Funcion cos

9,8

Seal sinusoidal

frecuencia

La grafica obtenida coinside con la funcion coseno

w

_1334492467.vsd

R

+Vcc

-Vcc

Vout

Vin

-

+

C

_1334492593.vsd

R

+Vcc

-Vcc

Vout

Vin

-

+

C

_1334491870.vsd

+Vcc

-Vcc

Vout

Vin

-

+

1Kohm

0,01Uf

2

vol

1,6kh

vol

2

160h1,6kh

vol

vol

Entradas

Salidas visualizadas

Rampas

Funcion cos

Seal cuadrada

Seal sinusoidal

frecuencia

10kohm