MECATRÓNICA

Universidad tecnológica de Aguascalientes

Julio Miguel García Duran

Juan Antonio Loera Acero

Orlando Javier Alba Santoyo

Prácticas unidad VI

ELECTRONICA ANALOGICA

Víctor Manuel Mora Romo

MECATRÓNICA

PRACTICA 1: Uso del Amplificador Operacional (AO) como comparador

Objetivo: El alumno al final de la práctica:

Implementará el AO en la modalidad de comparador para detectar diferentes niveles de voltaje, en diversas configuraciones: cruce por cero, nivel positivo y nivel negativo, tanto inversor como no inversor.

Comprenderá el concepto de voltaje de saturación positiva (+Vsat) y negativa (-Vsat).

Marco teórico: El alumno debe investigar la teoría sobre uso del amplificador operacional como comparador.

También investigar sobre fotoresistencia.

Material y equipo:

1 LM741

1 Fotoresistencia

2 Potenciómetros de 10KΩ

1 R 1KΩ, 47KΩ

1 foco de 12V

1 Transistor TIP41 o equivalente

1 diodo 1N4001

1 Protoboard

1 Multímetro

4 Caimanes

1 Fuente de voltaje

1 Extensión

MECATRÓNICA

DESARROLLO

(TODAS LAS MEDICIONES SON CON RESPECTO A TIERRA)

Arme los siguientes circuitos, ajuste el voltaje del potenciómetro Vent según lo indicado y mida con el multímetro el voltaje de salida de cada uno.

DETECTOR DE CRUCE POR CERO NO INVERSOR

DETECTOR DE CRUCE POR CERO INVERSOR

(Del circuito anterior simplemente invierta las dos entradas y vuelva a repetir)

Observando los resultados:

Vent Vsal

-10v 13.26v.

-5v 13.26 v

-2v 13.27v

-1v 13.27v

+1v 14.84v

+2v 14.83v

+5v 14.69v

+10v 14.69v

Vent Vsal

-10v 14.69v

-5v 14.70v

-2v 14.70v

-1v 14.75v

+1v -13.26v

+2v -13.28v

+5v -13.28v

+10v -13.25v

MECATRÓNICA

¿Por qué es detector de cruce por cero?

Por qué detecta un determinado nivel.

¿Por qué es no inversor o inversor?

Es los dos ya que se usaron las 2 configuraciones inversora y no inversora.

DETECTOR DE NIVEL NO INVERSOR

(Ajuste primero Vnivel al voltaje que se indica)

NIVEL POSITIVO NIVEL NEGATIVO

DETECTOR DE NIVEL INVERSOR

(Del circuito anterior simplemente invierta las dos entradas y vuelva a repetir)

NIVEL POSITIVO NIVEL NEGATIVO

Observando los resultados:

¿Por qué es detector de nivel? Por qué detecta el nivel acomodado en el Vvent.

Vnivel Vent Vsal

+3v

-10v 11.20v

-5v 11.19v

-2v 1120v

-1v 11.20v

+1v 13.6v

+2v 12.16v

+5v 11.20v

+10v 11.20v

Vnivel Vent Vsal

-3v

-10v 8.92v

-5v 4.03v

-2v 2.154v

-1v 2.14v

+1v 28.25v

+2v 27.24v

+5v 24.39v

+10v 19.30v

Vnivel Vent Vsal

+3v

-10v 26.39v

-5v 26.39v

-2v 26.39v

-1v 26.38v

+1v 28.32v

+2v 27.36v

+5v 26.39v

+10v 26.40v

Vnivel Vent Vsal

-3v

-10v 8.96v

-5v 4.03v

-2v 2.16v

-1v 2.15v

+1v 28.30v

+2v 27.28v

+5v 24.29v

+10v 19.46v

MECATRÓNICA

¿Por qué es positivo o negativo? Por qué se inviertes sus entradas.

¿Por qué es no inversor e inversor?Por qué invierten los voltajes de salida.

APLICACIÓN PRÀCTICA DEL COMPARADOR

►Mida la resistencia de la fotorresistencia a la máxima luz ambiental posible:

Rmin: ___10M________

►Mida la resistencia de la fotorresistencia a la mínima luz tapándolo totalmente:

Rmáx: _____0______

Nota: Estos datos solo es para comprender la configuración del comparador usado.

►Arme el siguiente circuito. (Nota: El transistor se usa a modo de interruptor electrónico)

►Ajuste Vx a +6v y mida con el multímetro el voltaje de la fotorresistencia mientras la bloquea.

MECATRÓNICA

Indique que pasa:

9.88v, El foco se apaga al bloquear la fotorresistencia.

►Ajuste Vx a +10v y repita:

10.40v, El foco continuo prendido no pasa nada.

►Ajuste Vx a +2v y repita:

10.44v, El foco actuó igual que el de 6+.

►Invierta las dos entradas del AO, fije Vx=+6V y pruebe nuevamente. Indique que diferencia tiene.

10.96v. El foco al recibir luz se prende y al bloquearlo se apaga.

PRACTICA 2: Uso del Amplificador Operacional (AO) como amplificador

Objetivo: El alumno al final de la práctica:

Implementará el AO conectándolo como amplificador de voltaje inversor o no inversor.

Experimentará y comprobará que cuando hay retroalimentación negativa en un AO la ganancia del amplificador inversor y no inversor se define por las resistencias externas que se le conecten al exterior del AO, además que las comprobará por las ecuaciones correspondientes.

Marco teórico: Investigue el funcionamiento de los amplificadores inversor y no inversor, así como sus

ecuaciones que los rigen.

Material y equipo:

1 LM741 o LM358

1 R 100kΩ, 1kΩ

2 R 10kΩ

1 Potenciómetro 10kΩ

1 Protoboard

1 Fuente de voltaje

1 Osciloscopio

1 Generador de señales

1 Multímetro

4 Caimanes

DESARROLLO

Amplificador Inversor.

Arme el circuito del amplificador inversor y llene la siguiente tabla

Por cada combinación de resistencias ajuste el voltaje de entrada Vent a 1V y llene la tabla.

OJO: ¡Siempre revise Vent en cada medición!

Amplificador NO Inversor.

Arme el circuito del amplificador NO inversor y llene la siguiente tabla

Por cada combinación de resistencias ajuste el voltaje de entrada Vent a 1V y llene la tabla.

Ri Rf

Ganancia

calculada

Voltaje de

entrada

(CD)

Voltaje de

salida

(CD)

Ganancia

A=Vsal/Vent

1 10kΩ 10kΩ 0.14 1v 2.1v 2.1

2 10kΩ 100kΩ 0.14 1v 2.15v 2.15

3 20kΩ 100kΩ 0.13 1v 2.06v 2.06

4 100kΩ 10kΩ 0.14 1v 2.2v 2.2

OJO: ¡Siempre revise Vent en cada medición!

Uso del Amplificador Seguidor

a) Conecte un divisor de voltaje y mida Vx b) Ahora conecte una carga de 1k en

(Este valor se simulara una señal de sensado) paralelo a Vx y vuelva a medir.

Vx= 7.68v Vx= 1.27 v.

Indique cual es el problema:

c) Inserte el amplificador seguidor entre señal y carga.

Ri Rf

Ganancia

calculada

Voltaje de

entrada

(CD)

Voltaje de

salida

(CD)

Ganancia

A=Vsal/Vent

1 10kΩ 10kΩ 0.97 1v 14.47v 14.57

2 10kΩ 100kΩ 0.97 1v 14.65v 14.65

3 20kΩ 100kΩ 0.97 1v 14.67v 14.67

4 100kΩ 10kΩ 0.97 1v 14.67v 14.67

Cuestionario.

1. ¿En qué tanto difiere los cálculos teóricos contra los resultados prácticos? En unas cuantas décimas.

2. De acuerdo a los resultados ¿Por qué a los amplificadores se les conoce como inversor y no inversor? Por qué el inversor invierte un voltaje positivo a negativo y un no inversor lo deja en positivo.

3. ¿Qué pasaría si Vx fuera un voltaje negativo para cada amplificador inversor y no inversor? El voltaje sería negativo pero aun así nos serviría en cualquiera de las 2 configuraciones.

4. ¿Qué opina del amplificador seguidor? Que nos ayuda en diferentes aplicaciones de la electrónica y es muy sencillo usarlo, es un buen

comparador de voltales.

Vuelva a medir:

Vx = ____7.68v__________

Ahora mida el voltaje en la carga:

PRACTICA 3: Uso del Amplificador Operacional (AO) como amplificador

Objetivo: El alumno al final de la práctica:

Implementará el AO conectándolo como amplificador de voltaje inversor o no inversor y que servirá tanto para señales tanto CA como de CD.

Experimentará y comprobará que cuando hay retroalimentación negativa en un AO la ganancia del amplificador inversor y no inversor se define por las resistencias externas que se le conecten al exterior del AO, además que las comprobará por las ecuaciones correspondientes.

Marco teórico: Investigue el funcionamiento de los amplificadores inversor y no inversor, así como sus

ecuaciones que los rigen.

Material y equipo:

1 LM741 o LM358

1 R 100kΩ, 1kΩ

2 R 10kΩ

1 Potenciómetro 10kΩ

1 Protoboard

1 Fuente de voltaje

1 Osciloscopio

1 Generador de señales

1 Multímetro

4 Caimanes

MECATRÓNICA

DESARROLLO

Amplificador Inversor.

Arme el circuito del amplificador inversor y llene la siguiente tabla además de dibujar las señales de entrada contra

la de salida. (Utilice la misma escala del osciloscopio para los dos canales)

(Las gráficas repórtelas con señal senoidal, pero haga pruebas usando las tres: senoidal, triangular y cuadrada).

Nota: la onda azul es la de entrada y la amarilla es la de salida

Combinación 1 Combinación 2

Ri Rf

Ganancia

calculada

Voltaje de

entrada

(Vpp)

Voltaje de

salida

(Vpp)

Ganancia

A=Vsal/Vent

1 10kΩ 10kΩ 1 1v -1v 1

2 10kΩ 100kΩ 10 1v -10v 10

3 20kΩ 100kΩ 5 1v -5v 5

4 100kΩ 10kΩ 0.1 1v -0.1v 0.1

MECATRÓNICA

Combinación 3 Combinación 4.

Incluya los cálculos teóricos y compare los resultados de ganancia

Prueba con voltajes en CD.

Quite el generador de señales y agregue ahora un potenciómetro de 10kΩ; por cada combinación de resistencias

ajuste el voltaje de entrada Vent a 1V y llene la tabla.

OJO: ¡Siempre revise Vent en cada medición!

Amplificador NO Inversor.

Ri Rf

Ganancia

calculada

Voltaje de

entrada

(CD)

Voltaje de

salida

(CD)

Ganancia

A=Vsal/Vent

1 10kΩ 10kΩ 1 1v -1v 1

2 10kΩ 100kΩ 10 1v -10v 10

3 20kΩ 100kΩ 5 1v -5v 5

4 100kΩ 10kΩ 0.1 1v -0.1v 0.1

MECATRÓNICA

Arme el circuito del amplificador NO inversor y llene la siguiente tabla además de dibujar las señales de entrada

contra la de salida. (Utilice la misma escala del osciloscopio para los dos canales)

(Las gráficas hágalas con señal senoidal, pero compruebe la salida usando las tres: senoidal, triangular y cuadrada).

Combinación 1 Combinación 2

Combinación 3 Combinación 4.

Ri Rf

Ganancia

calculada

Voltaje de

entrada

(Vpp)

Voltaje de

salida

(Vpp)

Ganancia

A=Vsal/Vent

1 10kΩ 10kΩ 1 1v -1v 1

2 10kΩ 100kΩ 10 1v -10v 10

3 20kΩ 100kΩ 5 1v -5v 5

4 100kΩ 10kΩ .1 1v -0.1v 0.1

MECATRÓNICA

Incluya los cálculos teóricos y compare los resultados de ganancia

Prueba con voltajes en CD.

Quite el generador de señales y agregue ahora un potenciómetro de 10kΩ; por cada combinación de resistencias

ajuste el voltaje de entrada Vent a 1V y llene la tabla.

OJO: ¡Siempre revise Vent en cada medición!

Uso del Amplificador Seguidor

a) Conecte un divisor de voltaje y mida Vx b) Ahora conecte una carga de 1k en

(Este valor se simulara una señal de sensado) paralelo a Vx y vuelva a medir.

Ri Rf

Ganancia

calculada

Voltaje de

entrada

(CD)

Voltaje de

salida

(CD)

Ganancia

A=Vsal/Vent

1 10kΩ 10kΩ 1 1v -1 1

2 10kΩ 100kΩ 10 1v -10 10

3 20kΩ 100kΩ 5 1v -5 5

4 100kΩ 10kΩ .1 1v -0.1 0.1

MECATRÓNICA

Vx=______7.5v_______ Vx=____1.25v_________

Indique cual es el problema: da una caída de voltaje mucho mas grande

c) Inserte el amplificador seguidor entre señal y carga.

Cuestionario.

5. ¿En qué tanto difiere los cálculos teóricos contra los resultados prácticos en cuanto a ganancia? Por decimas

6. Como consecuencia de la pregunta 1 ¿Se tiene ventajas al usar un amplificador operacional sobre un amplificador a base de transistor? Si ¿Por qué?

7. De acuerdo a los resultados ¿Por qué a los amplificadores se les conoce como inversor y no inversor? Se le conoce ya que si el voltaje entra por el negativo invierte el voltaje y lo amplifica y si entra por el

positivo nada mas lo amplifica

8. ¿Puede un amplificador operacional amplificar un voltaje de CD? SI y ¿Uno a base de transistor? SI 9. ¿Qué pasaría si Vx fuera un voltaje negativo para cada amplificador inversor y no inversor?

Si fuera negativo en un inversor lo hace positivo y en un no inversor sigue igual

10. ¿Qué opina del amplificador seguidor? Pues es interesante aunque no me convence mucho su funcionamiento

Vuelva a medir:

Vx = _7.5V_________

Ahora mida el voltaje en la carga:

MECATRÓNICA

MECATRÓNICA

PRÁCTICA 4: Amplificadores sumador inversor, restador y de instrumentación

Objetivos: El alumno al terminar la práctica:

Implementará el AO conectándolo como amplificador de voltaje sumador y restador, además como amplificador de instrumentación.

Comprobará las ecuaciones que rigen a cada una de las configuraciones que se armarán.

Marco teórico. Investigue el funcionamiento de los amplificadores sumador, restador y de

instrumentación, así como sus ecuaciones que los rigen.

Material.

1 LM741, 1 LM358

5R 10KΩ

3R 22KΩ

2 Potenciómetros

1 Protoboard

1 Multímetro

1 Fuente de voltaje

4 Caimanes

MECATRÓNICA

DESARROLLO.

Amplificador sumador.

Arme el circuito del siguiente sumador de dos voltajes:

1. Obtenga la ecuación del voltaje de salida. 2. Mueva los dos potenciómetros para ajustar los voltajes V1 y V2 y mida el voltaje Vsal.

Fórmula:

...3

32

21

1V

R

RfV

R

RfV

R

RfVsal

Amplificador restador

Arme el circuito del siguiente restador:

1. Obtenga la ecuación del voltaje de salida y la ganancia. 2. Mueva los dos potenciómetros para ajustar los voltajes V1 y V2 y mida el voltaje Vsal.

Fórmula: 12 VVRi

RfVsal

Amplificador de instrumentación

Ecuación Vsal:

Vsal=-(Rf/Ri*V1+Rf/R2*V2*Rf/R3*V3+……….)

V1 V2 Vsal

(calculado)

Vsal

(medido)

1v 1v 1.5V 1.3v

1.5v 4v 1.43V 1.360v

3v 2.5v 1.38V 1.361v

4v 1.5v 1.42V 1.362v

5v 3v 1.35V 1.358v

Ecuación Vsal: A: Vout/Vin

Vsal= Rf/Ri(V2-V1)

V1 V2 Vsal

(calculado)

Vsal

(medido)

1v 1v 1.35V 1.387v

1.5v 4v 1.34V 1.385v

3v 10v 1.45V 1.378v

MECATRÓNICA

Arme el siguiente circuito del amplificador de instrumentación

1. Obtenga la ecuación del voltaje de salida y la ganancia. 2. Mueva los dos potenciómetros para ajustar los voltajes V1=1.5v y V2=4v y mida el voltaje Vsal.

Fórmulas: 12

Rg

RfA 121

2VV

Rg

RfVsal

RG Ganancia

(calculada)

Vsal

(calculado)

V1’

(medido)

V2’

(medido)

Vsal

(medido)

22K 3 7.5V 7.43V

10K 5.4 13.5V 13.24V

∞

MECATRÓNICA

PRÁCTICA 5: Amplificadores Derivador e Integrador inversor

Objetivos: El alumno al terminar la práctica:

Implementará el AO para realizar las operaciones de derivación e integración de señales de voltaje.

Comprobará las ecuaciones que rigen a cada una de las configuraciones que se armarán.

Marco teórico. Investigue el funcionamiento de los amplificadores derivador e integrador, así como sus

ecuaciones que los rigen.

Material.

1 LM358

1R 10kΩ

2R 100kΩ

1 Protoboard

1 Multímetro

1 Fuente de voltaje

1 Osciloscopio

1 Generador de funciones

4 Caimanes

MECATRÓNICA

DESARROLLO.

Amplificador derivador inversor.

3. Arme el circuito del amplificador derivador inversor

4. Aplique las siguientes señales, grafique las salidas indicando su valor pico e indique qué tipo de función se obtiene a la salida. (Todas las señales 5Vpico y 100 Hz).

MECATRÓNICA

La onda azul es

la de entrada y la onda amarilla es la de salida. ONDA SENOIDAL

MECATRÓNICA

La onda azul es la de entrada y la onda amarilla es la de salida. ONDA TRIANGULAR

La onda azul es

la de entrada

y la onda

amarilla es la de

salida. ONDA

CUADRADA

MECATRÓNICA

Amplificador derivador integrador.

1. Arme el circuito del amplificador derivador integrador

2. Aplique las siguientes señales, grafique las salidas indicando su valor pico e indique qué tipo de función se obtiene a la salida. (Todas las señales 5Vpico y 5kHz).

MECATRÓNICA

MECATRÓNICA

La onda azul es

la de entrada y la onda amarilla es la de salida. ONDA SENOIDAL

MECATRÓNICA

La onda azul es la de entrada y la onda amarilla es la de salida. ONDA TRIANGULAR

La onda azul es

la de entrada

y la onda

amarilla es la de

salida. ONDA

CUADRADA