Práctica sobre amplificador operaciones. Configuraciones inversora, no inversora.

1. Universidad Nacional Autónoma de México<br />Facultad de Ingeniería<br />División de Ingeniería Mecánica e Industrial<br />Laboratorio de Análisis de Circuitos<br />Práctica 5: Amplificador Operacional<br />Profesora: M.C. María del Pilar Corona Lira<br />Alumnos: Javier Diego Soto Martínez<br />Carlos Jaime Canchola Hernández <br />Grupo: 6<br />Semestre: 2012-1<br />777240-6520815<br />Laboratorio de Análisis de Circuitos<br />Práctica 5<br />Amplificador Operacional<br /> <br />Objetivos <br />Verificar el funcionamiento del amplificador inversor, del amplificador no inversor, y del sumador no inversor, implementados con el amplificador operacional TL081.<br />Introducción <br />Los amplificadores operacionales son circuitos semiconductores cuyas características de funcionamiento los hacen muy versátiles, y con ellos se pueden resolver diversos tipos de problemas relacionados con el procesamiento de señales electrónicas.<br />Dos de las configuraciones ampliamente empleadas son las conocidas como amplificador inversor y amplificador no inversor, que son los circuitos que se analizarán y se verificará su funcionamiento en esta práctica. Asimismo, se alambrará y se verificará el circuito conocido como sumador no inversor.<br />Material<br />Resistores:Cantidad:<br />22[KΩ] 1<br />27[KΩ]1<br />6.8[KΩ]2<br />3.3[KΩ]4<br />1[KΩ]3<br />100[Ω]3<br />680[Ω]1<br />180[Ω]1<br />Amplificador operacional TL081<br />Fuente de poder<br />Generador de señales<br />3 cables BNC-caimán <br />4 cables banana-caimán<br />4 cables caimán-caimán<br />Desarrollo<br />i) Amplificador inversor<br />Alambre el circuito mostrado en la Figura 1.<br />Los números mostrados corresponden al identificador de la terminal correspondiente del circuito integrado. La terminal 1 es la que está abajo a la izquierda, colocando el integrado de tal forma que pueda leerse el número del dispositivo; esta orientación se logra si se coloca la muesca que tiene el circuito del lado izquierdo, tal como se muestra en la Figura 2. <br />344297071755<br />347345134620<br />Para polarizar (energizar) el amplificador operacional se requiere de dos fuentes de voltaje de corriente directa hasta de 15 V, los cuales se conectan en serie. El borne positivo de una de<br />las fuentes se conecta a la terminal 7 + CC V . El borne negativo de la misma se conecta con el borne positivo de la segunda y a la tierra del circuito. Y finalmente el borne negativo de la segunda fuente se conecta a la terminal 4 − EE V .<br />Verifique que la fuente de poder esté en configuración de fuentes en serie.<br />Después de que haya polarizado al amplificador operacional, conecte a la entrada inversora un voltaje de CD de 1V, por medio de un divisor de voltaje conectado a la fuente de voltaje “positiva” y dos resistores, uno de 1 kΩ y el otro de 100 Ω; y mida con el multímetro los valores de los voltajes de entrada y de salida.<br />Repita lo anterior, pero con un voltaje de CD de –1 V, por medio de un divisor de voltaje conectado a la fuente de voltaje “negativa”.<br />Finalmente, en lugar de un voltaje de CD, ahora vuelva a realizar la medición, pero con una fuente de voltaje sinusoidal con un valor pico de 1 V y una frecuencia de 200 Hz. Conecte a uno de los canales del osciloscopio la señal de entrada y al otro canal la señal de salida, y observe la fase del voltaje de salida con respecto al de la entrada.<br />2566670127000ii) Amplificador no inversor<br />Alambre el circuito mostrado en la Figura 3, y conecte ahora dos fuentes de +7.7 V y –7.7 V a las terminales correspondientes.<br />De forma similar al amplificador inversor, por medio de divisores resistivos formados por dos<br />resistores, uno de 680 Ω y otro de 100 Ω, conecte a la entrada no inversora un voltaje de +1 V y –1 V, y mida con el multímetro tanto el valor del voltaje de entrada como el de salida.<br />Posteriormente, en lugar de un voltaje de entrada de 1 V, haga que éste sea de +2.75 V con base en un divisor resistivo formado ahora por resistores de 180 Ω y de 100 Ω, y verifique los voltajes de entrada y de salida.<br />Finalmente, repita el proceso de medición de la amplitud y la fase del voltaje de salida al conectarle una fuente sinusoidal con valor pico de 1 V y una frecuencia de 200 Hz, de manera<br />similar al realizado para el amplificador inversor.<br /> <br />iii) Sumador no inversor<br />Alambre el circuito mostrado en la Figura 4, y polarice ahora al amplificador operacional con voltajes de ±10 V.<br />Conecte al circuito como entrada v1 un voltaje de CD de –5 V, por medio de un divisor de voltaje conectado a la fuente de voltaje de –10 V y dos resistores de 1 kΩ, y como entrada v2,<br />una señal sinusoidal con un valor pico de 2 V y una frecuencia de 200 Hz. Verifique con el multímetro el voltaje v1, y conecte a uno de los canales del osciloscopio la señal de entrada v2,<br />al otro canal la señal de salida, y observe el nivel y la fase del voltaje de salida con respecto al de la entrada.<br />Resultados <br />Para el amplificador inversor:<br />Teóricamente:<br />Vsalida=Vfuente(R2/R1)<br />Vsalida=Vfuente(R2/R1)=1(22/6.8)=3.24 V<br />Ganancia teórica= 3.24<br />Con corriente directa:<br />Voltaje de entrada [V]Voltaje de Salida [V]1-3.929-13.901<br />Para la configuración positiva la relación entre los voltajes de entrada y de salida es:<br />V salida=-3.929 (voltaje de entrada)<br />La ganancia es: 3.929<br />Para la configuración negativa la relación entre los voltajes de entrada y de salida es:<br />V salida=-3.901 (voltaje de entrada)<br />La ganancia es: 3.901<br />Con la fuente sinusoidal:<br />Valor pico de entrada: 1V. Frecuencia: 200Hz.<br />Voltaje de entrada (multímetro): 0.67<br />VRMS = VPICO *0.707<br />VPICO=VRMS/ 0.707<br />VPICO=0.67/0.707=0.94[v]<br />Voltaje de salida (multímetro)=2.6/0.707= 3.67 V<br />Voltaje de estrada (osciloscopio). Valor pico: 1[v]<br />Voltaje de salida (osciloscopio). Valor pico: 3.8 V<br /> <br /> Por lo tanto la relación entre los voltajes de entrada y de salida es:<br />V salida=3.8 (voltaje de entrada)<br />La ganancia es: 3.8<br />El ángulo de desfasamiento son 180°.<br />Simulación:<br />La siguiente imagen muestra la gráfica de los voltajes de entrada y de salida. Podemos observar el desfasamiento de 180°.<br />Señal de entrada<br />Señal de salida<br />Intervalo de 5 a 10 ms<br />Para el amplificador no inversor:<br />Voltaje de entrada [V]Voltaje de Salida [V]0.993-4.24-0.9934.26<br />Con la fuente sinusoidal:<br />Valor pico de entrada: 1V. Frecuencia: 200Hz.<br />Voltaje de entrada (osciloscopio). VRMS: 0.734/.707=1.03 V<br />Para el sumador no inversor:<br />Voltaje de entrada [V]Voltaje de Salida [V]-5-5.33<br />Conclusiones<br />Soto Martínez Javier Diego<br />Para la configuración inversora, comprobamos la ganancia que aporta el amplificador de manera que el voltaje de entrada fue de 1[v] y el de salida de -3.9 [v] , lo que resulta en una ganancia de 3.9, pero con la señal invertida y desfasado 180°.<br />Para la configuración no inversora, comprobamos la ganancia que aporta el amplificador de manera que el voltaje de entrada fue de 0.993[v] y el de salida de 4.24 [v], lo que resulta en una ganancia de 4.24. La señal de salida está en fase con la de entrada y no está invertida.<br />Es importante recalcar que el funcionamiento de los amplificadores se ve gravemente afectado por variaciones de voltaje, por lo que debemos des-energizar el circuito entes de hacer un cambio en la configuración del mismo.<br />Bibliografía <br />Boylestad R., Introducción al análisis de circuitos, Décima edición, Pearson Educación de México, 2004.<br />Dorf R., Svoboda J., Circuitos eléctricos, Sexta edición, Edit. Alfaomega, México, 2006.<br />