UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DE LIMA SUR

INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

CIRCUITOS ELECTRONICOS II

LABORATORIO 2:

DISEÑO CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Estudiante:

Peralta Guerrero Juan Carlos

DOCENTE: MG. ING. OSCAR DALL’ORTO GATES

Ciclo: VII

2015

OBJETIVO:Diseñar y luego verificar su diseño implementando los circuitos para comprobar la teoría con la práctica

FUNDAMENTO TEÓRICO:El amplificador operacional a utilizar es el ua741 y es un circuito integrado que tiene 8 pines como se puede apreciar en la figura.Los amplificadores operacionales son amplificadores de voltaje (se acercan al ideal), porque tienen impedancia de entrada muy elevada (idealmente infinito), impedancia de salida muy pequeña (menor que 100 ohm), Idealmente su impedancia de salida es 0. El ua741 tiene una ganancia en lazo abierto de 200000.Se denomina operacional porque permite realizar diferentes tipos de operaciones y se le utiliza como sumador, restador, integrador, derivador, inversor, no inversor y en aplicaciones no lineales.

MATERIALES Y EQUIPOS:

1.- 1 circuito integrado ua741 2.- Resistores: de acuerdo al diseño obtenido,

3.- Resistores de 330 ohms y 1 K. 4.- Capacitor de 1 uf/25 v 5.- 1 PROTOBOARD 6.- 1 MULTÍMETRO 7.- 1 OSCILOSCOPIO 8.- 1 generador de señal

Circuitos a implementarLos circuitos a implementar son de acuerdo al diseño realizado.

1.-Diseñar un amplificador inversor con una ganancia de 20 db y una resistencia de entrada de 2K.Fuente a alimentación de ±12 VAplicar una señal de entrada de 1 KHz.Que voltaje de entrada máximo tendrá que aplicar para que la salida no se sature.¿Entre que valores límites podría variar la ganancia de lazo cerrado del amplificador si las resistencias tienen una tolerancia de ±5%?Medir los voltajes de entrada y salida del circuito y dibujar sus formas de onda.

Siendo la ganancia en lazo cerrado igual a

AVf=V 0

V s=−R2R1

En decibeles:|AVf|dB=20 log|AVf|dB

Según la ganancia para el diseño del circuito20dB=20 log|AVf|dB

1=log|AVf|AVf=log−1(1)=10

AVf=|−R2R1 |=10R2=10∗2k=20k

El circuito diseñado será:

U1

741

3

2

47

6

5 1

V1

1.1Vpk 1kHz 0°

XSC1

Tektronix

1 2 3 4 T

G

P

Rf

20kΩ

V212V

V312V

Ra1

2kΩ

El voltaje de entrada máximo es V max=1.1vp , que tendrá que aplicar para que la salida no se sature.

Como

5% (2k )=0.1k5% (20k )=1k

Tenemos:R1−max=2+0.1=2.1k

R1−min=2−0.1=1.9k

R2−max=20+1=21k

R2−min=20−1=19k

Por lo tanto:

|AVf|max=R2−maxR1−min

= 21k1.9k

=11.052

|AVf|min=R2−minR1−max

= 19k2.1k

=9.0476

La ganancia en lazo cerrado del amplificador diseñado, en valor absoluto, puede oscilar entre 11.052 y 9.0476, es decir:

9.0476≤|AVf|≤11.052

2.-Diseñar un amplificador inversor con una función de transferencia Avf = -15Suponiendo que la señal de entrada es Vs = 0.5sen 4000¶t, dibujar superpuestas la señal de entrada Vs y la señal de salida Vo del amplificador.Calcular el periodo de la tensión de entrada y el de la tensión de salida.

La ganancia de lazo cerrado del amplificador será:

AVf=−15=−R2R1

R2=15 R1

Es una ecuación con dos incógnitas, tendremos que fijar el valor de una de ellas y después resolver la otra.

R1=1k

R2=15 (1k )=15k

El circuito diseñado será:

Vp=0.5vw=2 πf≫¿w=4000π≫¿ f=2000hz

U1

741

3

2

47

6

5 1

V1

0.5Vpk 2kHz 0°

XSC1

Tektronix

1 2 3 4 T

G

P

Rf

15kΩ

V212V

V312V

Ra1

1kΩ

V 0=AVf x V s=−15 x0.5 sin 4000 πt=−7.5 sin 4000 πt

El signo menos significa que existe un desfasaje de 180° entre la señal de salida V0 y la señal de entrada Vs

Calculamos el periodo de la tensión de entrada y el de la tensión de salida.

w=2 πf≫¿w=4000π≫¿ f=2000hz

T=1f= 12000

=500us

Tanto como la entrada y en la salida, el periodo es 500us

Dibujar superpuestas la señal de entrada Vs y la señal de salida Vo del amplificador.

3.-Montar el circuito 1 con Z1= 330’ ohms y Z2 = 1 Kohmsa).-Aplicar una onda sinusoidal de 70 hz y Vpp = 4 voltiosObtener el periodo, la ganancia Vo/Vi y la diferencia de fase entre Vi y V2.Fuente DC +12 y -12 voltios.b).- Aplicar una onda triangular de una frecuencia de 70 hz. Y 4 Vpp.Representar gráfica y simultáneamente Vi y Vo indicando en los ejes las magnitudes correspondientes

Obtener el periodo, la ganancia Vo/Vi y la diferencia de fase entre Vi y V2.Fuente DC +12 y -12 voltios.

PERIODO de Vi y Vo: 14.2 ms GANANCIA:

Avf=3301000

=0.33

DIFERENCIA DE FASE: 180°

U1

741

3

2

47

6

5 1

XSC1

Tektronix

1 2 3 4 T

G

P

Rf

330Ω

V112V

V212V

R1

1kΩ

XFG1

Diseño del circuito en el laboratorio

Aplicar una onda triangular de una frecuencia de 70 hz. Y 4 Vpp.Representar gráfica y simultáneamente Vi y Vo indicando en los ejes las magnitudes correspondientes

Voltaje de entrada Vpp=4 vVoltaje de salida Vpp=1.36 v

4.-Montar el circuito 1 con Z1= 1 uf y Z2 = 1 Kohmsa) Aplicar una onda sinusoidal de 70 hz y Vpp = 4 voltiosObtener el periodo, la ganancia Vo/Vi y la diferencia de fase entre Vi y V2.Fuente DC +12 y -12 voltios.

PERIODO de Vi y Vo: 14.2 ms GANANCIA:

Avf=8.974

=2.2425

DIFERENCIA DE FASE: 90°

U1

741

3

2

47

6

5 1

XSC1

Tektronix

1 2 3 4 T

G

P

V112V

V212V

R1

1kΩ

C1

1µF

V3 2Vpk 70Hz 0°

b) Aplicar una onda triangular de una frecuencia de 70 hz. Y 4 Vpp.Representar gráfica y simultáneamente Vi y Vo indicando en los ejes las magnitudes correspondientes. Cuál es el efecto producido.

Podemos observar que la señal de entrada que es una onda triangular se integra y en la salida nos brinda una onda senoidal casi perfecta.

c) Aplicar una onda cuadrada de una frecuencia de 70 hz y 4 Vpp. Representar gráfica y simultáneamente Vi y Vo indicando en los ejes las magnitudes correspondientes. Cuál es el efecto producido.

Podemos observar que la señal de entrada que es una onda cuadrada se integra y en la salida nos brinda una onda triangular.

Z1 Z2 Vipp Vopp desfase ganancia3a 330 1k 4vpp 1.31vpp 180° 0.333b 330 1k 4vpp 1.32vpp 180° 0.334a 1uf 1k 4vpp 8.97vpp 90° 2.24254b 1uf 1k 4vpp 7.12vpp 90° 1.784c 1uf 1k 4vpp 14.3vpp 90° 3.575

CONVERSORES TIPO DACConvierten las señales digitales en cantidades eléctricas analógicas relacionadas en forma directa con el número de entradas codificado digitalmente. Los DAC efectúan sus conversiones recibiendo la información en forma serial o paralela. La decisión de emplearlos en serie o paralelo se basa en el uso final, como por ejemplo en instrumentos de medida como osciloscopios de almacenamiento digital se emplea la conversión de tipo paralela y en aplicaciones del control de proceso como válvulas se puede efectuar en forma serie. Un sistema tipo DAC se basa en el diagrama que se muestra en la figura.

El registro acepta una entrada digital, sólo durante la duración de la señal convertida. Después de la adquisición, el registro mantiene constante el número digital hasta que se reciba otro comando. Las salidas del registro controlan interruptores que permiten el paso de 0 [V] o el valor de la fuente de voltaje de referencia. Los interruptores dan acceso a una red sumadora resistiva que convierten cada bit en su valor en corriente y a continuación la suma obteniendo una corriente total. El valor total alimenta a un amplificador operacional que realiza la conversión a voltaje y el escalamiento de la salida. Cada resistor de la rama está ajustado según el bit que tenga a la entrada como se muestra en el esquema correspondiente a la figura.

Luego, la tensión de salida de un conversor de n bits, está dada por:

Donde cada an representa la información binaria”0” o”1”.

El circuito de la siguiente figura presenta un grave inconveniente, pues, se requieren n resistores y los cuales se van duplicando en magnitud. Debido a las características estándar en la fabricación de las resistencias, es difícil encontrar en valor exacto de los resistores adecuados para un diseño en particular. Para evitar la necesidad de disponer de tantos valores resistivos, la estructura R/2R de la figura, solo utiliza solo dos valores aunque necesita el doble de resistencias. Con esta técnica se pueden fabricar conversores tipo ADC de 12 a 16 bit, sin embargo, la estabilidad de la fuente de poder y el ruido viene a jugar un papel crítico al aumentar el número de bit. Un entorno de aplicación especialmente importante para los conversores DAC es el audio, empujado por el desarrollo del disco compacto.

5.-Diseñar e implementar un conversor digital análogo.La señal de entrada es de 4 bits y aumenta desde 0000 hasta 1111 (contador).Al contador trabajarlo con una señal de clock mayor de 1 KHz. La etapa de salida debe ser un amplificador inversor sumador de 4 entradas.-Ver la señal de salida. Dibujarla.

Cuál es la amplitud de cada escalón.Cuantos escalones se obtienen.

D015

Q03

D11

Q12

D210

Q26

D39

Q37

UP5

TCU12

DN4

TCD13

PL11

MR14

U1

74LS193

R1

10kR2

20kR3

40kR4

80k

3

26

74

15

U2

LM741

R5

80k

BAT112v

BAT212vR

4

DC7

Q3

GN

D1

VC

C8

TR2

TH6

CV5

U3

555

R62k

C110nF

C210uF

R810k

A

B

C

D

La amplitud de cada escalón es de 625mvSe obtienen 15 escalonesObservaciones y conclusiones

El AO cumple con lo dicho en clases se observó que cuando la señal ingresa por el pin negativo la señal de salida sale desfasada 180° y con ganancia negativa y si la señal ingresa por el pin positivo la señal a la salida está en fase y con una ganancia positiva a estos dos casos se los define como inversor y no inversor respectivamente.

Al tener una resistencia de retroalimentación menor que la resistencia de entrada, nuestro circuito no amplifica, es más el voltaje de salida es menor que el voltaje de entrada.

Los sistemas ADC y DAC son necesarios cuando se realiza procesamiento digital de señales, permiten el nexo entre ambos espacios, del mundo real y el digital. Son muy utilizados en sistemas de instrumentación y adquisición de datos.

Un convertidor digital análogo toma como entrada un valor representado en formato binario y lo convierte en una tensión o una corriente. Si la entrada es sinusoidal la salida es sinusoidal.