Electrónica Analógica y Digital.

Laboratorio práctico Amplificadores Operacionales.

El objetivo de esta práctica es el estudio del funcionamiento del amplificador operacional, en particular de sus montajes típicos que son como amplificador inversor, no inversor, sumador e diferencial.

Actividades:

El amplificador operacional (“op-amp”) puede definirse como un amplificador de tensión de elevada ganancia, con entrada diferencial y salida única. En funcionamiento lineal, la tensión de salida es igual a la diferencia entre las tensiones de entrada multiplicada por la ganancia.

Al ser un dispositivo activo dispone de dos terminales adicionales para la alimentación del dispositivo. Debido a la elevada ganancia que tiene este dispositivo, en gran parte de sus aplicaciones aparece en montajes con realimentación. Para simplificar los análisis se suele emplear un modelo simplificado, denominado amplificador ideal, cuyas características veremos a continuación.

Debido a la elevada impedancia de entrada, se puede considerar que por los terminales de entrada no circula intensidad. Aunque disponen de una baja impedancia de salida, siempre que dicha impedancia sea mucho menor que la de carga ( ), se puede considerar que la tensión de salida no depende de la carga. Por último, debido a la elevada ganancia del dispositivo (cuando está funcionando en zona lineal), se puede considerar que la tensión diferencial de entrada es nula. Los amplificadores operacionales son de los primeros circuitos donde todos sus componentes se encontraban miniaturizados en la misma pastilla de silicio (circuito monolítico), con sólo los terminales de acceso disponibles exteriormente. La primera versión del op-amp 741 (objeto de nuestra práctica) lo fabricó la empresa Fairchild en 1968. Aunque existen desarrollos mucho mejores, este componente se usó como referencia (existen muchos dispositivos pin-compatible en el mercado) y sigue fabricándose en la actualidad. Otra ventaja es que al disponerse del esquema del mismo para su estudio, se le suele emplear mucho como punto de partida de diseño.

A pesar de que el modelo ideal anteriormente comentado es de gran utilidad, es necesario puntualizar que existen un conjunto de limitaciones que es necesario conocer, entre las que destacamos:

• Saturación: La tensión de salida está limitada por las tensiones de alimentación del dispositivo. En el caso de que el dispositivo alcance la saturación, dejará de funcionar linealmente y la tensión diferencial de entrada dejará de ser nula.

• Rango de salida: A menudo la tensión de salida satura antes de llegar a las tensiones de alimentación, por lo que el rango de tensiones a la salida aparece reducido. Existe un tipo especial de operacionales modernos que no tienen esta limitación, los “rail-to-rail op-amps” pueden alcanzar las tensiones de alimentación, por lo que tienen el rango de salida completo.

• Slew-Rate: Las variaciones de la tensión de salida están limitadas, cualquier cambio a una tasa superior, aparecerá con la tasa límite en la salida.

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•Offset de tensiones: Aunque idealmente entrada Vi = 0, debería de haber tensión nula a la salida, esto no es así, debido fundamentalmente a tolerancias de fabricación y asimetrías.

Listado de Componentes Cantidad Componentes 2 LM741 (8 patas mini-DIP)1 Resistencia de 10 Ω - 1/4W 4 Resistencia de 100 Ω - 1/4W 2 Resistencia de 1,2 kΩ - 1/4W 1 Resistencia de 2,2 kΩ - 1/4W 1 Resistencia de 3,3 kΩ - 1/4W 5 Resistencia de 10 kΩ - 1/4W 2 Potenciometro de 100KΩ1 Capacitor electrolítico de 10 µF/25V1 Maleta.Cables de poder para Osciloscopio y generador.

Listado de Equipos. • Osciloscopio • Generador de señales • Multímetro digital

Actividad de investigación.1.1 Determine de acuerdo al encapasulado a utilizar la distribución de pines, anote en su

informe la distribución encontrada.1.2 Investigue sobre los parámetros relevantes de la hoja técnica sobre el LM 741, anote

en su informe.

Tensión de offset de entrada y su corrección.1.3 Armar el circuito que de la Figura.

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1.4 Usando el osciloscopio, medir respecto a tierra las tensiones en las entradas inversora y no-inversora del operacional.

1.5 A partir de las medidas efectuadas en el punto anterior, determinar las corrientes de

Polarización y de offset de entrada.

1.6 Comparar los valores de las corrientes de polarización y de offset de entrada medidos, con los reportados en la hoja de datos del LM741.

1.7 Investigar cómo se puede corregir la tensión offset, indicar el circuito y procedimiento.

Amplificador inversor

2.1 Armar el circuito de la Figura

Tabla de A.O. inversorVe 0,2V 0,4V 0,6V 0,8V 1.0VVs R=1K2 MedidoVs R=2K2 MedidoVs R=3K3 MedidoVs R=10K Medido

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Amplificador no Inversor

3.1 Armar el circuito de la Figura

Tabla de A.O. No inversorVe 0,2V 0,4V 0,6V 0,8V 1.0VVs R=1K2 MedidoVs R=2K2 MedidoVs R=3K3 MedidoVs R=10K Medido

Sumador Inversor

4.1 Armar el circuito de la Figura

4.2 Determine e investigue la ecuación que

Entrega Vout:

Tabla de A.O. Sumador No inversorVe1 5V 5V 5V 5V 5VVe2 0,2V 0,4V 0,6V 0,8V 1,0VVs Medido

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Diferencial :

Para este circuito A.O. investigue cuál es su función y/o aplicación y muestre el circuito práctico con que se monta en protoboard.

Cuestionario a completar:

1. A partir de que componente está construido un A.O.?2. Es un dispositivo discreto o un circuito integrado?3. Que función realiza un A.O.4. Porque es necesario usar realimentación negativa para realizar circuitos

amplificadores útiles a partir de un A.O.5. Busque una hoja técnica y adjúntela a su informe.6. Indique dos diferencias entre un A.O. Ideal y uno real.