UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIALABORATORIO N1AMPLIFICADOR OPERACIONALFUNDAMENTOS Y APLICACIONES BSICAS NO INVERSOR E INVERSORESCUELA DE INGENIERA ELECTRNICA ELECTRNICA IIISEDE TUNJA

RESUMENLos amplificadores operacionales se emplean en numerosas aplicaciones como en la instrumentacin, en control, en audio, en automatizacin, debido a su gran eficiencia y estabilidad que ha adquirido en el desarrollo de diversos sistemas. En este laboratorio se tendrn en cuenta dos de las distintas configuraciones que se pueden realizar con los amplificadores. Estas son: amplificacin inversora y amplificacin no inversora donde se mostrara su funcionamiento en la amplificacin de una seal de entrada, segn los requerimientos establecidos.

1. OBJETIVOS Verificar el funcionamiento y las caractersticas de los amplificadores operacionales.

Disear y comprender las diferentes configuraciones de circuitos con Amplificadores operacionales.

Obtener una seal de salida adecuada tanto en AC como en DC.

Comprobar en la prctica los conocimientos ya adquiridos.2. MATERIALES Y EQUIPOS Equipos: Osciloscopio Generador de Seales Fuente de alimentacin Fuente de alimentacin DC dual. Materiales: Amplificadores operacionales (LF 353) Protoboard Resistencias de diferentes valores Potencimetros Multmetros. 3. INTRODUCCINEl concepto original de amplificador operacional viene del campo de los computadores analgicos, en los que comenzaron a usarse tcnicas en una poca temprana (aos 40). El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de amplificador de corriente directa con una entrada diferencial y ganancia excesivamente elevada, cuyas caractersticas de funcionamiento estaban determinadas por los elementos de realimentacin empleados. En unos pocos aos los amplificadores operacionales se convirtieron en una herramienta base de diseo, abarcando ms all del mbito original de los computadores analgicos. Hoy da son de gran uso y con l se puede amplificar seales, atenuarlas, filtrarlas, entre otras.Marco Terico Amplificador Operacional:Un amplificador operacional es un amplificador de alta ganancia de voltaje electrnico DC-junto con una entrada diferencial y, por lo general, una salida de un solo extremo. Un amplificador operacional produce una tensin de salida que es tpicamente cientos de miles de veces mayor que la diferencia de tensin entre sus terminales de entrada.Amplificadores operacionales tenan sus orgenes en las computadoras analgicas, donde fueron utilizados para hacer operaciones matemticas en muchos circuitos lineales, no lineales y dependientes de la frecuencia. Caractersticas de un circuito utilizando un amplificador operacional son establecidos por los componentes externos con poca dependencia de los cambios de temperatura o variaciones de fabricacin en el propio amplificador, lo que hace que los amplificadores operacionales bloques de construccin ms populares para el diseo de circuitos. [1]

1. Configuracin no inversorFig.1: Amplificador Operacional en configuracin no inversor.

En este circuito, la tensin Vise aplica a la entrada (+), y una fraccin de la seal de salida, Vo, se aplica a la entrada (-) a travs del divisor de tensin R1- R2. Puesto que, no fluye corriente de entrada en ningn terminal de entrada, y ya que Vd= 0, la tensin en R1 ser igual a Vi.As pues

Y como

Tendremos que:

Que si lo expresamos en trminos de ganancia:

que es la ecuacin caracterstica de ganancia para el amplificador no inversor ideal.Tambin se pueden deducir propiedades adicionales para esta configuracin. El lmite inferior de ganancia se produce cuando R2= 0, lo que da lugar a una ganancia unidad.En el amplificador inversor, la corriente a travs de R1siempre determina la corriente a travs de R2, independientemente del valor de R2, esto tambin es cierto en el amplificador no inversor. Luego R2puede utilizarse como un control de ganancia lineal, capaz de incrementar la ganancia desde el mnimo unidad hasta un mximo de infinito. La impedancia de entrada es infinita, puesto que se trata de un amplificador ideal.

2. Configuracin inversorLa Fig.2 ilustra la primera configuracin bsica del AO. El amplificador inversor. En este circuito, la entrada (+) est a masa, y la seal se aplica a la entrada (-) a travs de R1, con realimentacin desde la salida a travs de R2.Fig.2: Amplificador Operacional en configuracin inversor.

Aplicando las propiedades anteriormente establecidas del AO ideal, las caractersticas distintivas de este circuito se pueden analizar cmo sigue.Puesto que el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollar su tensin de salida, V0, con tensin de entrada nula. Ya que, la entrada diferencial de A es:Vd= Vp- Vn, ==> Vd= 0.- Y si Vd= 0,Entonces toda la tensin de entrada Vi, deber aparecer en R1, obteniendo una corriente en R1

Vn est a un potencial cero, es un punto detierra virtualToda la corriente I que circula por R1pasar por R2, puesto que no se derivar ninguna corriente hacia la entrada del operacional (Impedancia infinita), as pues el producto de I por R2ser igual a - V0

Por lo que:

Tabla A: Caractersticas de amplificadores operacionales

ANLISIS DE RESULTADOS Configuracin inversorEn esta configuracin es necesario tener claro cunto se va a amplificar la seal para poder calcular los elementos apropiados.Se tuvo en cuenta que la ganancia propuesta es de 6 veces la seal de entrada. Si se tiene un voltaje de entrada (Vi) de 1 V, por lo tanto el voltaje de salida (Vo) de 6V. Para cumplir estos requerimientos se escogi una resistencia Rf=3k, por lo tanto R1 es:

Para el valor de R1 no se tiene en cuenta el signo negativo, ya que este solo expresa si se invierte la seal o no.En las Fig. 3, 4 Y 5 se observan las respectivas evidencias del funcionamiento del circuito amplificador inversor.

Fig. 3: Simulacin amplificador inversor

Fig. 4: Voltaje de entrada para el amplificador inversor en DC.

Fig. 5: Voltaje de salida para el amplificador inversor en DC.

Fig. 6: Seal AC del amplificador inversor vista en osciloscopio.

La fig. 6 muestra la seal de entrada y salida de un amplificador inversor con ganancia de 6, el cual es una evidencia de la amplificacin hecha por el circuito, donde el voltaje de entrada es de 1.04 V y voltaje de 6.08 V.

En las Tabla N 1 y Tabla N 2 se muestra una comparacin entre los valores calculados tericamente y los medidos en el laboratorio, junto con el respectivo error porcentual, el cual es muy mnimo demostrando que el circuito presenta una eficiencia alta y estable en comparacin con los circuitos de transistores. Configuracin No inversorPara desarrollar este circuito amplificador se tiene en cuenta que la ganancia, al igual que la anterior, es de 6. Si se define el voltaje de entrada de 1V, y Rf es 2.5K, se tiene que R1:

El las Fig. 7, 8 y 9 se muestran las respectivas evidencias de la amplificacin hecha por el circuito en DC.

Fig. 7 Simulacin amplificador no inversor

Fig. 8: Voltaje de entrada para el amplificador en DC

Fig. 9: Voltaje de salida para el amplificador no inversor en DC

Fig. 10: Seal AC del amplificador no inversor vista en osciloscopio.

La fig. 10 muestra la seal de entrada y salida de un amplificador no inversor con ganancia de 6, el cual es una evidencia de la amplificacin hecha por el circuito, donde el voltaje de entrada es de 1.1 V y voltaje de 6.05 V.

Las Tablas N 3 y N 4 muestran las respectivas comparaciones entre los valores tericos y experimentales de los circuitos amplificadores en DC y AC respectivamente, donde se puede ver que la eficiencia del amplificador no inversor en DC y AC fue la mxima. Esto indica que la efectividad y la estabilidad del amplificador son bastante altas.CONCLUSIONESEl uso de amplificadores operacionales es de gran uso ya que poseen una alta eficiencia y estabilidad, en comparacin de los transistores, y adems pueden generar altas ganancias.La configuracin amplificador no inversor posee una ganancia mnima de 2 veces la seal de entrada, mientras que el amplificador inversor es de 1. Las configuraciones que se pueden realizar con los amplificadores son bastante amplias; pueden satisfacer diversas necesidades y pueden ser adaptados fcilmente a cualquier sistema.De las diferentes referencias de amplificadores operacionales se pudo observar que el lf353 y lf351 son los que presentan un mejor rendimiento, teniendo en cuenta sus caractersticas de funcionamiento.5. INVESTIGACIN1. Realice un comparativo entre los amplificadores LM 741, 358, 324 y LF 353 donde se establezcan similitudes y diferencias tcnicas. Mencione aplicaciones tpicas para cada uno.El mundialmente conocido amplificador operacional LM741 es un diseo muy antiguo cuyas especificaciones han sido enormemente superadas por muchos otros amplificadores operacionales de los ltimos tiempos. El 741 fue de gran uso por sus espectaculares prestaciones en supoca, sin embargo hoy en da existen muchos nuevos modelos de op-amps que superan al 741 enprcticamentetodos los escenarios donde un 741 antes hubiese sido ideal, especialmente en el tema de la alimentacin.La alta ganancia y el amplio rango de voltaje de operacin proporcionan unas excelentes caractersticas, aprovechables para integradores, amplificadores, sumadores y en general, aplicaciones de realimentacin.LM358 y LM324Un solo chip LM358 contiene dentro de si, dos amplificadores operacionales. Un solo chip LM324 contiene dentro de si, cuatro amplificadores operacionales.Los amplificadores integrados en el LM358 y LM324 son idnticos.Ancho de banda a ganancia unitaria: 1MHzAlimentacin dual desde 1.5V hasta16V (3V hasta 32V a fuente sencilla). Lo cual le permite reducir los requerimientos detensinen la fuente.LF353Un solo chip LF353 contiene dentro de si, dos amplificadores operacionales.Ancho de banda a ganancia unitaria: 4MHz (lo cual lo hace a penas apropiado para aplicaciones de audio como preamplificadores, ecualizadores, filtros activos, etc.).EntradaJFET, lo cual le da una impresionante impedancia de entrada de 12MOhms. (Ideal para acoplar sensores u otros dispositivos de seal muy dbil).Alimentacina fuente dual desde +/-6V (o a fuente sencilla de 12V) menos de este valor causar una gran degradacin en el ancho de banda y rango de voltaje de salida, operable hasta +/-18V (o hasta 36V a fuente sencilla).2. Cmo es posible utilizar AO, para el manejo de altas corrientes?Por medio de la terminal de la fuente y de un transistor reforzado pueden proporcionarse corrientes ms altas como se muestra en la figura.

3. A que se refiere los niveles off-set de entrada, y como se manejan.Se denomina offset a cualquier desequilibrio o asimetra en la distribucin interna de tensiones en el A. O. La tensin de offset se define tanto a la entrada como a la salida.

Es el nivel de tensin que hay que aplicar a la entrada para que la tensin diferencial de salida sea nula.

REFERENCIAS[1] Amplificadores operacionales, disponible en internet: http://centrodeartigos.com/articulos-noticias-consejos/article_140348.html[2] Amplificador Operacional no inversor, disponible en internet: http://www.unicrom.com/Tut_OpAmpNoInversor.asp[3] Amplificadores Operacionales. Disponible en internet: http://www.ifent.org/temas/amplificadores_operacionales.asp