IMPLEMENTACION DEL AMPLIFICADOR LM471 CON ELEMENTOS DISCRETOS.

Bryan Fernando Díaz Martínez

Jhon Didier García Aguilar

Jorge William Trujillo Candamil

El circuito que se implemento se obtuvo del libro “circuitos microelectronicos” de Adel Sedra y Kenneth Smith, este circuito se muestra en la siguiente figura:

Figura 1. Configuración interna del OAMP 741 implementada en el proyecto.

Cabe mencionar que la teoría planteaba para circuito de la figura anterior un β de 200 para los transistores npn y de 50 para los pnp, en el montaje se procuro emplear transistores con valores similares, el β para los npn se encuentra entre 200 y 210 y el β para los pnp oscila entre 47 y 59. De igual manera se cumplió con la condición de que los transistores empleados en los espejos de corriente, fuentes de corrientes y en el diferencial deben estar pareados, es decir, deben de tener el mismo β aproximadamente.

Como se podía elegir entre la implementación del OAMP 741 en protoboard o en baquela, se opto por esta última opción con el fin de evitar un mal funcionamiento del amplificador por daños internos del protoboard y problemas de contacto. El montaje es el mostrado en la siguiente figura:

Figura 2. Montaje del amplificador operacional LM741.

En la tabla 1 se encuentran los valores de las resistencias y de capacitor empleados en el montaje, los cuales se aproximan a lo establecido por la teoría.

Tabla 1. Valores de los componentes empleados en el montaje.

ELEMENTO ELEMENTOS DEL MONTAJE ELEMENTOS DEL C.I

R1 996Ω 1KΩ

R2 1017Ω 1KΩ

R3 50,25KΩ 50KΩ

R4 4,97KΩ 5KΩ

R5 39,19KΩ 39KΩ

R6 26,3Ω 27Ω

R7 26,7Ω 27Ω

R8 99.2Ω 100Ω

R9 49.83KΩ 50KΩ

R10 40,7KΩ 40KΩ

R11 50,27KΩ 50KΩ

C 31pF 30pF

Para comprobar el funcionamiento en DC del montaje con lo planteado por la teoría, se midieron las corrientes de colector de cada uno de los transistores y se compararon con las corrientes obtenidas en el análisis de DC realizado al C.I. Estos valores se encuentran consignados en la tabla 2 con el respectivo error porcentual.

Los valores obtenidos a partir del montaje, es decir, los datos prácticos se obtuvieron con un voltaje de polarización de Vcc = ±15V.

Tabla 2. Valores de las corrientes de polarización del C.I y del montaje.

transistor I. colector c.i lm741 I. colector montaje lm741 error (%)

Q1(μA) 9,3 9.9-0,68212824

Q2(μA) 9,3 10.1-0,545702592

Q3(μA) 9,3 8.96-2,702702703

Q4(μA) 9,3 9.69,677419355

Q5(μA) 9.3 9.7-2,702702703

Q6(μA) 9.3 9.837,63636364

Q7(μA) 11 1537,27272727

Q8(μA) 18.5 19.312,56830601

Q9(μA) 15.5 14.810,92896175

Q10(μA) 18.5 19.5-7,52688172

Q11(mA) 0.733 0.810-39,78494624

Q12(mA) 0.733 0.796-7,52688172

Q13A(μA) 183 174-7,52688172

Q13B(μA) 550 542-39,78494624

Q14(μA) 160 168-18,27956989

Q16(μA) 17 1517,64705882

Q17(μA) 550 541-18,18181818

Q18(μA) 168 1766,666666667

Q19(μA) 15 194,761904762

Q20(μA) 160 1523,75

Q23(μA) 183 1755

La variación en las corrientes de polarización de los diferentes transistores se debe a la diferencia en el valor de los β de los transistores que componen el circuito integrado y los transistores empleados en el montaje.

Las configuraciones que se muestran a continuación se implementaron con el montaje y con el circuito integrado con el fin de comparar los resultados obtenidos.

CONFIGURACION NO INVERSORA DEL OAMP.

La configuración no inversora del amplificador operacional se muestra a continuación:

Figura 3. Configuración no inversora.

Aplicando análisis nodal al circuito anterior se obtiene la expresión para la ganancia de voltaje. Esta ganancia está dada por:

Av=(1+ R2R1

)

Los valores de R1 y R2 empleadas y los valores de ganancia de voltaje y ancho de banda obtenidos tanto con el circuito integrado y con el montaje se muestran a continuacion:

Tabla 3. Valores obtenidos con la configuracion no inversora.

PARAMETRO CIRCUITO INTEGRADO

MONTAJE

R1(KΩ) 0.98 0.98R2(KΩ) 5.13 5.13

Av 6.18 6.17Bw(Khz) 37 28.9

Las curvas visualizadas en el osciloscopio se muestran en Figura 4.

Figura 4. Curvas de entrada y salida de la configuracion no inversora.

Se puede observar en la figura anterior que las señales de entrada y salida se encuentran en fase, es decir, no presentan desfase alguno.

El ancho de banda que se encuentra en la Tabla 3. se obtuvo a partir de la variacion de la frecuencia de la señal de entrada hasta que se observara una ganancia unitaria en el osciloscopio. El ancho de banda se midio con la ganancia de voltaje que se encuentra en la Tabla 3, si se considera una ganancias menor (con la variacion de los valores de R1 y R2 ); el ancho de banda del C.I y del montaje mejora .

CONFIGURACION INVERSORA DEL OAMP.

la configuracion inversora del amplificador operacional se muestra a continuacion:

Figura 5. Amplificador operacional en modo inversor.

De igual manera que en la configuración anterior la expresión de la ganancia de voltaje se puede obtener realizando análisis nodal.

Av=( R2R1

)

En la Tabla 4 se muestran los valores de R1 y R2 empleados y los valores de ganancia de voltaje y ancho de banda obtenidos con el montaje y el circuito integrado.

Tabla 4. Valores de la configuracion inversora.

PARAMETRO CIRCUITO INTEGRADO

MONTAJE

R1(KΩ) 0.98 0.98

R2(KΩ) 5.13 5.13

Av 4.9 5.1

Bw(KHz) 46 28

Las señales de entrada y salida visualizadas en el osciloscopio se muestran a continuacion:

Figura 6. Señales de entrada y salida del OAMP en modo inversor.

En las figuras anteriores se puede ver el desfase de 180º entre las señales de entrada y salida del amplificador operacional, esto se debe a la configuración inversora ya que esta desfasa las señales y de igual manera amplifica la señal de entrada.

El ancho de banda para esta configuración se obtuvo de la misma manera que para la configuración no inversora.

CONFIGURACION INTEGRADORA DEL OAMP.

Figura 7. Amplificador operacional en modo integrador.

El circuito mostrado en la anterior figura corresponde al amplificador operacional en la configuración de integrador. Los valores de las resistencias y del capacitor empleados al igual que la ganancia de voltaje y el ancho de banda tanto del circuito integrado como del montaje se encuentran en la siguiente tabla:

Tabla 5. Valores correspondientes al OAMP en modo integrador.

Las señales de entrada y salida observadas en el osciloscopio se muestran a continuación:

(a)

PARAMETRO CIRCUITO INTEGRADO

MONTAJE

R1(KΩ) 0.98 0.98

R2(KΩ) 5 5

C(μF) 1 5.13

AV 0.1512 0.148

(b)

Figura 8. Señales de entrada y salida de la configuracion integrador.

En las Figuras 8.(a) se tiene que la señal superior (salida) corresponde a la integral de la señal inferior (entrada) y en la Fig 8.(b) se observa la integral de una señal senoidal la cual es una señal coseno, es decir, la misma señal de entrada pero desfasada 90º y atenuada debido a la ganancia de voltaje de la configuracion.

CONCLUSIONES

Del desarrollo de la experiencia, se puede concluir respecto a los objetivos planteados, que se logró verificar el correcto funcionamiento de las 3 etapas que componen un amplificador operacional.

El ancho de banda que brinde el 741 depende directamente de la ganancia en lazo cerrado que este brindado el sistema.

En la configuracion no inversora se presenta un desfase a ltas frecuencias, esto puede ser a causa de las capacitancias paracitas.

Los resultados obtenidos en las diferentes configuraciones del amplificador, fueron muy similares a las que se obtienen con el encapsulado, en lo unico que se pudo visualizar alguna diferencia fue en la respuesta a altas frecuencias.

Las variaciones que se presentan en las corrientes de los transistores en lazo abierto con respecto a la teoria, se debe en gran parte a que los β de todos los transistores no son identicos.