AMPLIFICADORES OPERACIONALES

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS-ESPE

Buenaventura J, Corella, J.

RESUMEN

A partir de nuestro amplificador con el integrado LM741, Al ensamblar nuestro primer circuito amplificador inversor, verificamos si con los voltajes de entrada y voltajes de salida, obtenemos una ganancia, con ciertas resistencias R1=1k y R2=10k ya calculadas. Verificamos si al poner una resistencia en paralelo a la resistencia 1 se produce algn cambio en nuestra ganancia. Al ensamblar nuestro segundo circuito amplificador no inversor, verificamos si con los voltajes de entrada y voltajes de salida, obtenemos una ganancia, con ciertas resistencias R1=1k y R2=300k ya calculadas. Verificamos si al poner una resistencia en paralelo a la resistencia 1 se produce algn cambio en nuestra ganancia. Finalmente tabulamos los datos y repetimos 2 veces ms cada circuito variando sus R1 y R2, para comprobar las diferentes ganancias que podemos obtener.

ABSTRACT

From our integrated amplifier with LM741, when assembling our first inverting amplifier circuit, check if the

input voltages and output voltages, we obtain a gain, with some resistors R1=1k and R2=10k and

calculated. Check to see if by putting a resistor in parallel with the resistor 1 is any change in our profit. By

joining our second non-inverting amplifier circuit, check if the input voltages and output voltages, we obtain a

gain, with certain resistances R1 = 1k and R2 = 300k and calculated. Check to see if by putting a resistor in

parallel with the resistor 1 is any change in our profit. Finally tabulated data and repeat 2 more times each

circuit by varying its R1 and R2, to check the different gains we can get.

INTRODUCCIN

Amplificador Operacional

El concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los computadores analgicos, en los que comenzaron a usarse tcnicas operacionales en una poca tan temprana como en los aos 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas caractersticas de operacin estaban determinadas por los elementos de realimentacin utilizados. Cambiando los tipos y disposicin de los elementos de realimentacin, podan implementarse diferentes operaciones analgicas; en gran medida, las caractersticas globales del circuito estaban determinadas slo por estos elementos de realimentacin. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los

amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseo de circuitos. (Cubano, 2010)

Amplificador Operacional LM741

Este circuito integrado contiene internamente un amplificador diferencial (es capaz de amplificar la diferencia de dos tensiones de entrada) construido principalmente a partir de transistores y resistencias. (Jalon, 2011)

En la Ilustracin 1 se muestra su smbolo y en la Ilustracin 2 aspecto real.

Ilustracin 2 Amplificador smbolo

Ilustracin 3 Amplificador real LM741

Aunque el chip dispone de ocho patillas (pines) tres de ellas se reservan para funciones especiales el resto, tienen asignadas las siguientes funciones:

Pin N 2: entrada de seal inversora.

Pin N 3: entrada de seal no inversora.

Pin N 6: terminal de salida.

Pin N 7: terminal de alimentacin positiva (Vcc)

Pin N 4: terminal de alimentacin negativa (-Vcc)

La alimentacin del circuito puede realizar mediante una sola pila o mediante dos, en cuyo caso se denomina alimentacin simtrica.

El amplificador operacional recibe este nombre porque inicialmente fue diseado para poder realizar operaciones matemticas con seales elctricas formando parte de los denominados calculadores analgicos. Hoy en da se emplea en infinidad de aparatos e instrumentos de la industria, medicina. etc. (Jalon, 2011)

Entre las caractersticas ms importantes que posee este circuito integrado, se pueden destacar:

Alta impedancia (resistencia) de entrada: del orden de 1 MW , lo cual implica que la intensidad de corriente por los terminales de entrada ser despreciable.

Baja impedancia de salida: del orden de 150 W, pudiendo atacar cualquier carga (circuito) sin que su funcionamiento se modifique dependiendo del valor de sta.

Tensin mxima de alimentacin: Vcc = 18 V. Implica que la tensin de salida nunca podr superar a la de alimentacin.

Alta ganancia de tensin en lazo abierto (sin conectar ningn componente entre la salida y cualquiera de las entradas) con pequeos valores de tensin en los terminales de entrada se consiguen grandes tensiones de salida. (Jalon, 2011)

AMPLIFICADOR INVERSOR

La figura 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. (Cubano, 2010)

Ilustracin 4 Circuito Amplificador Inversor

Puesto que el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollar su tensin de salida, Vo, con tensin de entrada nula. Ya que, la entrada diferencial de A es:

Entonces toda la tensin de entrada Vi, deber aparecer en R1, obtenido una corriente en R1

Vn est a un potencial cero, es un punto de tierra virtual.

Toda la corriente I que circula por R1 pasara por R2, puesto que no se derivara ninguna corriente hacia la entrada del operacional (Impedancia infinita), as pues el producto de I sera igual a-Vo .

Por lo que:

Deben observarse otras propiedades adicionales del amplificador inversor ideal. La ganancia se puede variar ajustando bien R1, o bien R2. Si R2 vara desde cero hasta infinito, la ganancia variar tambin desde cero hasta infinito, puesto que es directamente proporcional a R2. La impedancia de entrada es igual a R1, y Vi y R1nicamente determinan la corriente I, por lo que la corriente que circula por R2 es siempre I, para cualquier valor de dicha R2. (Cubano, 2010)

AMPLIFICADOR NO INVERSOR

La segunda configuracin bsica del AO ideal es el amplificador no inversor, mostrado en la figura 3.

Ilustracin 5 Amplificador No Inversor

En este circuito, la tensin Vi se 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. (Cubano, 2010)

As pues

Y como

Tendremos pues que:

MATERIALES

-Simulador Multisim

-Amplificador Operacional LM741

-Resistencias: 1k, 10k, 12k, 16k, 20k, 330k

-Protoboard

RESULTADOS Y DISCUSIN

Amplificador Inversor

Una vez ya hecho el circuito Ilustracin 3 procedemos a ver medir los voltajes de salida y de entrada en el osciloscopio con R1=1K constante y R2=10k, luego vamos variando la R2. Despus para comprobar ponemos una R3 en paralelo para verificar si varia o no los voltajes.

Tabla 1 Datos obtenidos del amplificador inversor

Vout Vin Gmedida

Primera Medicin

460mV 45mV 10.22

Segunda Medicin

520mV 45mV 11.56

Tercera Medicin 900mV 45mV 20.00

Ilustracin 6 Grafica del osciloscopio con la primera medicin

Ilustracin 7 Grafica del osciloscopio con la segunda medicin

Ilustracin 8 Grafica del osciloscopio con la tercera medicin

En el circuito de amplificador inversor las ganancias medidas fueron las esperadas ya que en este circuito solo intervienen las resistencias y el AO LM741 que es muy preciso, entonces procedemos a calcular el error de la Ganancia calculada y la Ganancia medida.

Tabla 2 Clculo de errores de Ganancias (calculada-medida)

Gcalculada Gmedida % Error

10 10.22 2,2

12 11.56 3,66

20 20.00 0

Amplificador Inversor

Una vez ya hecho el segundo circuito Ilustracin 4 procedemos a ver medir los voltajes de salida y de entrada en el osciloscopio con R1=1K constante y R2=10k, luego vamos variando la R2. Despus para comprobar ponemos una R3 en paralelo para verificar si varia o no los voltajes.

Tabla 3 Datos obtenidos del amplificador no inversor

Vout Vin Gmedida

Primera Medicin

15.6V 55mV 283.636

Segunda Medicin

5.45V 500mV 10.9

Tercera Medicin 5.2V 312mV 16.67

Ilustracin 9 Grafica del osciloscopio con la primera medicin

Ilustracin 10 Grafica del osciloscopio con la segunda medicin

Ilustracin 11 Grafica del osciloscopio con la tercera medicin

En el circuito de amplificador no inversor las ganancias medidas fueron las esperadas aunque con un poco de variacin ya que esta es el segundo circuito ideal de amplificador operacional ya que en este circuito solo intervienen las resistencias y el AO LM741 que es muy preciso, entonces procedemos a calcular el error de la Ganancia calculada y la Ganancia medida.

Tabla 4 Clculo de errores de Ganancias (calculada-medida)

Gcalculada Gmedida % Error

330 283.636 14,049

10 10.9 9

16 16.67 4,187

ANALISIS DE RESULTADOS

Los resultados obtenidos fueron los esperados ya que el amplificador operaciones es muy preciso y los circuitos son los ideales, entonces es claro que los errores son mnimos. Y se podra decir que estos circuitos nos dan un grado de confiabilidad para ser utilizados en el mbito de aplicaciones.

CONCLUSIONES

En este trabajo prctico aprendimos el funcionamiento de los amplificadores operacionales LM741, tambin que a altas

frecuencias el funcionamiento del amplificador no depende de la configuracin sino de l mismo.

El uso de los amplificadores operacionales en sistemas de control bsico, asi que es vital conocer las configuraciones de los amplificadores. Toda configuracin de una salida diferente, por ello es que como ingenieros aprendamos a conocer como pedirle a un amplificador operacional que cumpla con cierta demanda que nosotros requiramos del mismo.

BIBLIOGRAFA

Cubano. (22 de Noviembre de 2010).

Amplificadores Operacionales. Recuperado

el 9 de Febrero de 2015, de

http://cuba5410.blogspot.com/p/tpn5-

amplificadores-operacionales.html

Jalon. (2 de Abril de 2011). Amplificadores.

Recuperado el 9 de Febrero de 2015, de

http://perso.wanadoo.es/jalons3/curso/a

mplifi.htm#ampliinv

Kemmerly, H. (s.f.). Anlisis de Circuitos en

Ingenera. 7 ma Edicion.

ANEXOS

Datos Calculados:

GANANCIA DE AMPLIFICADOR INVERSOR

1)

2)

3)

GANANCIA DE AMPLIFICADOR NO INVERSOR

1)

2)

1)