ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZOFACULTAD: INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA

ESCUELA INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN CONTROL Y REDES INDUSTRIALESCARRERA: INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA, CONTROL Y REDES INDUSTRIALES

GUÍA DE LABORATORIO DE ELECTRÓNICA

PRÁCTICA No. 7- AMPLIFICADORES OPERACIONALES

1. DATOS GENERALES:

NOMBRE: (estudiante(s) CODIGO(S): (de estudiante(s)

Cristian Pañi 564

Cristian Iza 513

GRUPO No.:

FECHA DE REALIZACIÓN: FECHA DE ENTREGA:

16/06/09 16/06/16

2. OBJETIVO(S):

2.1. GENERAL

Demostrar las funciones de las diferentes configuraciones de amplificadores operacionales

2.2. ESPECÍFÍCOS

Encontrar la ganancia en cada una de las configuraciones de un amplificador operacional.

Observar las gráficas obtenidas de cada una de las configuraciones y analizarlas tomando en cuenta la gráfica de entrada vs la gráfica de salida.

3. METODOLOGÍA

La metodología utilizada es la experimental para la comprobación de los resultados teóricos

4. EQUIPOS Y MATERIALES:

Módulo KL100Módulo KL23013Módulo KL23016

Otros Elvis 2 puntas de osciloscopio Puntas de multímetro Cable Peladora y cortadora

5. MARCO TEORICO:

Detector de pico

Este tipo de circuito sigue los picos de voltaje de una señal y almacena en un capacitor el valor máximo que se haya alcanzado (durante un tiempo casi indefinido). Cuando llega una señal pico mayor, se almacena este nuevo valor. El voltaje de pico más elevado se almacena hasta que se produce la descarga del capacitor por medio de un interruptor mecánico o electrónico. A este circuito detector de pico también se le conoce como circuito seguidor y retenedor o seguidor de pico. Veremos también que al invertir dos diodos en este circuito se obtiene en vez de un seguidor de pico, un seguidor de valle.Se obtiene añadiendo un condensador al rectificador simple. La primera gráfica muestra una señal de entrada senoidal (200 Hz) con amplitud creciente, para poder observar como la salida se mantiene en el valor máximo. La segunda muestra un detalle de la inestabilidad en Vop (salida del operacional).

Recortador de PrecisiónMediante un circuito recortador o limitador de amplitud se recortan todas las señales cuyo valor rebase un voltaje de referencia positivo, asi como los voltajes que exceda un valor de voltaje de referencia negativo. Estos voltajes de referencia pueden ser simétricos o asimétricos con respecto al origen. Para construir un circuito recortador de precisión se conecta una resistencia, Rc, con un circuito de zona muerta y salida bipolar, como se aprecia en la figura. Además se conecta la salida de los amplificadores operacionales A y B en la entrada del sumador inversor. La señal de entrada Ei se conecta a una tercera entrada del sumador inversor por medio de la resistencia Rc. Si esta se elimina el circuito funcionará como circuito de zona muerta. Sin embargo si Rc está presente, se restara el voltaje de entrada, Ei a la salida del circuito de zona muerta y se obtiene así un recortador inversor de precisión. El funcionamiento del circuito se resume mediante la forma de onda de la figura.

Circuito de muestreo y retención Se denomina muestreo a la acción de tomar muestras (valores) de una señal en una sucesión de instantes sin importar lo que sucede el resto del tiempo. Ello implica poder conmutar la señal de manera que en el instante deseado la misma atraviese un amplificador (o seguidor) y fuera de ese instante la entrada quede conectada a masa. Ello puede lograrse con el circuito de la figura

La llave, en la práctica, puede ser un FET. Este circuito tiene la desventaja de que no permite retener el valor de la última muestra, sino que la salida vuelve a 0. En muchos casos, específicamente en el de la conversión analógica-digital, hace falta un valor constante durante cierto intervalo de tiempo para efectuar una conversión correcta. Para lograr esto, es preciso realizar un muestreo con retención. Un sistema de muestreo y retención (sample and hold) ideal transmitirá instantáneamente y sin errores el valor de su entrada a la salida durante la etapa de muestreo y conservará dicho valor indefinidamente, durante la etapa de retención, hasta que venga otra etapa de muestreo. En el caso real esto no sucede, y, así, tenemos varias fuentes de error que se traducen en sendas especificaciones

Amplificador de instrumentación

El amplificador de instrumentación es un amplificador diferencial, cuya ganancia puede establecerse de forma muy precisa y que ha sido optimizado para que opere de acuerdo a sus propias especificaciones aún en un entorno hostil. Es un elemento esencial de los sistemas de medida, en los que se ensambla como un bloque funcional que ofrece características funcionales propias e independientes de los restantes elementos con los que interacciona.

Estos circuitos amplifican la diferencia entre dos señales de entrada y rechazan cualquier señal que sea común a ambas señales. Estos circuitos se utilizan principalmente para amplificar señales diferenciales muy pequeñas en muchos procesos industriales, medición, adquisición de datos y aplicaciones médicas.

Ante las exigencias de medida que imponen los sensores, estos circuitos deben cumplir unos requisitos generales:

Ganancia: seleccionable, estable y lineal.Entrada diferencial: con CMMR alto.Error despreciable debido a las corrientes y tensiones de offset.Impedancia de entrada alta.Impedancia de salida baja.

Funcionamiento y CálculosLa configuración más utilizada como amplificador de instrumentación, está constituida por tres amplificadores operacionales y se suele dividir en dos etapas principales: Etapa pre-amplificación y Etapa diferencial.Para el análisis del Circuito de Instrumentación, se va a utilizar el siguiente circuito:

Etapa de Pre-AmplificaciónAumenta la impedancia de entrada del conjunto. Gracias a su configuración no-inversora, iguala la impedancia del circuito a la del A.O.Suelen utilizarse operacionales con entradas basadas en FET, para conseguir bajas corrientes de polarización.A continuación, se va a proceder al análisis de esta parte del circuito. Suponiendo que los amplificadores operacionales son ideales, se obtienen las siguientes expresiones:

Teniendo eso en cuenta, se obtienen las ecuaciones de las siguientes corrientes:

Puesto que el amplificador operacional no extrae ninguna corriente y aplicando las leyes de Kirchoff para las corrientes:

De manera que:

Se resuelve esa ecuación para conseguir VA y VB en función de V1 y V2:

Dicho de otra manera:

Restando ambas expresiones, se obtiene:

Observar que el paréntesis representa la ganancia diferencial de la etapa pre-amplificadora, y que, variando RG, se puede variar la ganancia.

6. PROCEDIMIENTO:

Configuración 1 (DETECTOR DE PICO)Armamos la configuración según el siguiente esquema

Obtenemos la señal de salida con una señal de entrada sinusoidal de frecuencia igual a 100 Hz y un Voltaje pico pico de 1. La señal de salida se muestra a continuación:

Configuración 2 (DETECTOR DE PICO)Armamos el circuito según el siguiente esquema

La entrada positiva del amplificador alimentamos un señal de f= 100Hz y Vpp=1. La señal de salida es la siguiente:

Configuración 3 (RECORTADOR DE PRECICION)Armamos el circuito según el siguiente esquema

La entrada positiva del Amplificador sera alimentada con una señal de f=100Hz y un Vpp= 1 V

Configuración 4 (MUESTREO Y RETENCION)

Armamos el circuito según el siguiente esquema

La señal que alimenta al circuito será una señal triangular de frecuencia de 100Hz y Un voltaje pico pico de 2 Voltios.

Configuración 5 (AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION)Armamos el circuito según el siguiente esquema

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

Por medio de esta práctica pudimos constatar de las diferentes aplicación que pueden tener los amplificadores operacionales.

La operativa del circuito comparador es bastante simple al presentarse una tensión muy pequeña en la entrada no inversora el operacional pasa a saturarse, con lo que la salida del mismo (patilla Vs) ofrece una tensión próxima a la de la alimentación positiva

Observando las gráficas obtenidas, podemos afirmar que nuestros resultados prácticos, resultaron muy similares a los valores esperados teóricamente, aunque en algunos casos las gráficas obtenidas en el osciloscopio, no se encontraban exactamente en los valores para los que fueron calculados, esto se puede deber a que se tuvieron que implementar divisores de voltaje para obtener los valores de referencia deseados, debido a que solo se posee una sola fuente en el laboratorio y debido a las variaciones de las resistencias, estos voltajes de referencia no eran del todo exactos.

7 BIBLIOGRAFÍA: BOYLESTAD, R. (2008) ELECTRONICA: TEORÍA DE CIRCUITOS Y

DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS, Prentice Hall, octava Edición

8 ANEXOS

Configuración 1 Con ajuste de f=100Hz y Vpp=1 V

Configuración 2

Configuración 3

Configuración 4

Configuración 5

Configuración 6