28 DE ENERO DE 2014

PRÁCTICA I
CONFIGURACIONES BÁSICAS CON AMPLIFICADORES I
CRISTIAN JESÚS MASCOTE MENDOZA
UNIVERSIDAD AU...
Contenido
Resumen: ..........................................................................................................
Resumen:
Las aplicaciones de los amplificadores operacionales son bastas. En esta primera
parte de prácticas con configura...
Marco Teórico:
Los orígenes del amplificador operacional se remontan a la cuarta década del siglo
XX, cuando los circuitos...
En cualquiera de los libros de Circuitos Eléctricos podemos hallar la configuración
básica de los 3 circuitos usados para ...
Procedimientos:


Configuración de Inversor

Para el desarrollo de la configuración de inversor del amplificador operacio...
1

Muestra en imagen capturada la respuesta obtenida en la simulación.
Imagen 1.

La Imagen 1 muestra la forma en que se c...
2

Muestra en imagen capturada la respuesta obtenida vista en el osciloscopio.
Imagen 3.

La imagen 3 muestra la señal obt...
6

7



¿Cuál es el valor teórico del voltaje de salida Vpp si la entrada es una señal
sinusoidal de amplitud 5 Vp?
10000...
Imagen 5.

En la Imagen 5. Podemos ver la señal obtenida a la salida en el simulador.
Nótese claramente que no existe el d...
En la Imagen 6. Observamos que obtuvimos en el osciloscopio una señal
correspondiente a la esperada en la simulación. Al n...


Configuración de seguidor

Para el desarrollo de esta configuración simulamos el circuito mostrado en el
diagrama de la...
Imagen 8.

Posteriormente, en la imagen 8 tenemos el osciloscopio digital, que al
parecer solo muestra una sola señal, sin...
3

¿Cuál es el valor de la magnitud de la ganancia de esta configuración?
Puesto que no hay relación entre las resistencia...
Conclusión:
El uso de los amplificadores operacionales en sistemas de control es básico, así que
es vital conocer las conf...
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

Amplificadores Operacionales - Seguidor, Inversor y No Inversor

30.187 visualizaciones

Publicado el

Amplificadores Operacionales Básicos

2 comentarios
5 recomendaciones
Estadísticas
Notas
Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
30.187
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
7
Acciones
Compartido
0
Descargas
459
Comentarios
2
Recomendaciones
5
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

Amplificadores Operacionales - Seguidor, Inversor y No Inversor

  1. 1. 28 DE ENERO DE 2014 PRÁCTICA I CONFIGURACIONES BÁSICAS CON AMPLIFICADORES I CRISTIAN JESÚS MASCOTE MENDOZA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO Laboratorio de Control I
  2. 2. Contenido Resumen: .................................................................................................................... 2 Marco Teórico: .......................................................................................................... 3 Procedimientos: ........................................................................................................ 5 Conclusion: .............................................................................................................. 14 Bibliografia: .............................................................................................................. 14 1
  3. 3. Resumen: Las aplicaciones de los amplificadores operacionales son bastas. En esta primera parte de prácticas con configuraciones básicas de los mismos, específicamente hablando de el amplificador seguidor, el amplificador inversor, el amplificador no inversor se llega a conocer el circuito de configuración básica para que funcionen de la manera deseada. La función de cada uno en el control es muy amplia, así que aquí conoceremos porque la salida se obtiene de cierta manera dependiendo de la configuración del circuito; conoceremos también porque se obtienen las ganancias a la salida, es decir, la expresión matemática que hace posible que podamos ver desfases, amplificaciones y formas de onda. 2
  4. 4. Marco Teórico: Los orígenes del amplificador operacional se remontan a la cuarta década del siglo XX, cuando los circuitos básico se construían utilizando bulbos de vacío para efectuar operaciones matemáticas tales como la suma, la resta, la multiplicación, la división, la derivación y la integración. Este avance permitió la construcción de computadoras analógicas (en contraste con las digitales) para resolver ecuaciones diferenciales complejas. Se considera que el primer dispositivo amplificador operacional comercialmente disponible fue el K2-W, fabricado por la compañía Philbrick Researches, Inc., de Boston desde 1952 hasta principios de los años 1970. Estos dispositivos de bulbo vacío pesaban 85grs y median 3.8cm X 5.4cm X 10.4cm y costaban aproximadamente unos 22 dólares. Comparados como los amplificadores operacionales basados en bulbos de vacío, los circuitos integrados modernos de OPAMS (amplificadores operacionales) están fabricados con alrededor de 25 transistores o más en la misma pastilla de silicio, junto con resistores y capacitores necesarios para obtener las características deseadas de desempeño. El símbolo general de los amplificadores operacionales es el siguiente: La alimentación del circuito se realiza por medio de dos fuentes de alimentación (alimentación simétrica). Tienen dos entradas la - que se denomina “inversora” y la + que se denomina “no inversora” y una salida Vo. Se alimentan a través de dos terminales uno con tensión positiva +V y otro con tensión negativa -V. Adicionalmente pueden tener otros terminales específicos para compensación de frecuencia, corrección de derivas de corriente continua etc. 3
  5. 5. En cualquiera de los libros de Circuitos Eléctricos podemos hallar la configuración básica de los 3 circuitos usados para esta práctica, los cuales se muestran a continuación, además de las formulas de la relación de ganancia de cada uno. 4
  6. 6. Procedimientos:  Configuración de Inversor Para el desarrollo de la configuración de inversor del amplificador operacional, OpAmp, usamos el circuito sugerido para la práctica, que se muestra en la Figura 1, con los valores de resistencias ahí marcados. Figura 1. Amplificador operacional en configuración de inversor Posteriormente, pasamos a configurar el osciloscopio con las especificaciones dadas en la práctica. Siendo las que se muestran en la Tabla 1. Tabla 1. Configuración del Generador de funciones y del Osciloscopio Generador de funciones Frecuencia 1 kHz Amplitud 1 Vp Offset 0V Osciloscopio Ch A 5 V/Div CD Ch B 5 V/Div CD Tiempo base 1 ms/Div Y/T Procedemos a hacer la simulación en el software para obtener resultados virtuales de la señal de salida que se espera en la conexión física. Dentro de las preguntas incluidas en la práctica se hará el análisis paso por paso del circuito y la simulación. 5
  7. 7. 1 Muestra en imagen capturada la respuesta obtenida en la simulación. Imagen 1. La Imagen 1 muestra la forma en que se conectó en el simulador el circuito del opamp en forma de inversor. Es de notar la relación entre las resistencias utilizadas, ya que estos valores, como se verá más adelante, determinan la relación de ganancia en amplitud a la salida. Imagen 2. En la imagen 2 se muestra la señal obtenida en la simulación, notándose de manera inmediata la “inversión” o desfase de la señal de salida en relación con la de entrada, por lo que, podemos esperar que el circuito físico reaccione de forma parecida. 6
  8. 8. 2 Muestra en imagen capturada la respuesta obtenida vista en el osciloscopio. Imagen 3. La imagen 3 muestra la señal obtenida en el osciloscopio a la salida del opamp, con lo que podemos observar que funciono de manera correcta; observamos de manera clara el desfase y la amplificación a la salida del circuito. 3 ¿Cuál es el valor de la magnitud de la ganancia del circuito? Y ¿Cómo se define? El valor es, de manera analítica de 10, es decir, la señal de salida es 10 veces mayor que la de entrada; se define por la relación entre las resistencias de entrada y de retroalimentación. 4 ¿Cuál es la expresión que define la ganancia de esta configuración?  Rf  Vo  Vi    Ri  5 En base a la respuesta observada en el osciloscopio, ¿Qué significa el signo negativo en la expresión matemática? Representa el desfase de 180° entre las señales. 7
  9. 9. 6 7  ¿Cuál es el valor teórico del voltaje de salida Vpp si la entrada es una señal sinusoidal de amplitud 5 Vp? 10000 𝑉𝑜 = −5𝑉 ( ) = −50𝑉𝑝 = −100𝑉𝑝𝑝 1000 Menciona con tus propias palabras en forma de resumen, cuales son las características de esta configuración. Esta configuración necesita de un valor de retroalimentación a la entrada del amplificador, lo que lo diferencia de un seguidor de voltaje. La ganancia se puede mejorar al escoger mejores valores de resistencias, o más bien, los más adecuados para un correcto funcionamiento. Configuración de No-inversor Para el desarrollo de la configuración del opamp como no-inversor usamos el diagrama mostrado en la Figura 2, y los mismos valores sugeridos para el generador de funciones y el osciloscopio de la Tabla 1. Figure 2. Amplificador operacional en configuración de No-inversor De la misma manera, se realizara el análisis del amplificador mediante las preguntas incluidas en la práctica. 1 Muestra las gráficas obtenidas en la simulación del circuito Imagen 4. La Imagen 4 muestra la configuración del circuito en el simulador. 8
  10. 10. Imagen 5. En la Imagen 5. Podemos ver la señal obtenida a la salida en el simulador. Nótese claramente que no existe el desfase entre las señales como en el caso del inversor. Así que podemos considerar que su función de amplificador no inversor se cumple de manera correcta en este circuito. 2 Muestra las gráficas observadas en el osciloscopio para el circuito físico. Imagen 6. 9
  11. 11. En la Imagen 6. Observamos que obtuvimos en el osciloscopio una señal correspondiente a la esperada en la simulación. Al no existir un desfase entre las señales de entrada y salida, el signo negativo no aparece en la operación, aun así, podemos ver claramente que la señal se amplifica de forma notoria. 3 ¿Cuál es el valor de la magnitud de la ganancia de esta configuración? Igual que el inversor, de forma analítica tenemos de una ganancia de 10 en forma analítica, y muy cercana a ese valor de forma real. 4 Especifica la expresión que define el valor del voltaje de salida para este circuito. Rf   Vo  Vi  1   R1   5 En base a la pregunta anterior, ¿por qué en la expresión no se tiene signo negativo? Y ¿Cómo se interpreta esto? El signo negativo no significa que el voltaje sea negativo de forma estricta, sino que representa el desfase de 180° entre las formas de onda, así que, en el opamp no inversor, al no existir el desfase, no existe el signo negativo. 6 ¿Qué valor máximo aproximado en la entrada se puede tener para esta configuración si la alimentación del circuito es de ±18 VCD? 7 De acuerdo con la expresión que define la salida de esta configuración, ¿cuál es el valor del voltaje de salida RMS si la entrada es de 0.5 Vp tanto en la simulación como en el circuito físico? 10000 𝑉𝑜 = 0.5𝑉𝑝 (1 + ) = 5.5𝑉𝑝 1000 8 Resume con tus propias palabras las características de esta configuración. Puesto que la alimentación o señal de entrada se conecta a la terminal no inversora obtenemos una señal amplificada pero no invertida. La retroalimentación se conecta a la entrada negativa del componente, a diferencia del inversor. 10
  12. 12.  Configuración de seguidor Para el desarrollo de esta configuración simulamos el circuito mostrado en el diagrama de la Figura 3, y utilizando los parámetros sugeridos por la Tabla 1. Figura 3. Amplificador operacional en configuración de seguidor Se hará el análisis como se hizo en los dos casos anteriores. 1 Muestra la gráfica obtenida de la simulación. Imagen 7. La Imagen 7 muestra el circuito simulado en el software. Gracias al apoyo de este software podemos ver que la conexión de este circuito es muy sencillo, y se puede intuir su funcionamiento al ver las conexiones de forma virtual. 11
  13. 13. Imagen 8. Posteriormente, en la imagen 8 tenemos el osciloscopio digital, que al parecer solo muestra una sola señal, sin embargo, son 2 funciones empalmadas, con lo que comprobamos su funcionamiento como solamente un seguidor de voltaje, es decir, solo estamos “repitiendo” la señal. 2 Muestra la gráfica de la imagen observada en el osciloscopio para el circuito físico. Imagen 9. 12
  14. 14. 3 ¿Cuál es el valor de la magnitud de la ganancia de esta configuración? Puesto que no hay relación entre las resistencias, la ganancia es la unidad. 4 ¿La señal de salida esta invertida en relación con la señal de entrada? Explica. Tampoco se invierte la señal de salida, ya que al igual que en el caso del no inversor, no hay Angulo de desfasamiento entre formas de onda. 5 ¿Cuál crees que es la funcionalidad de una configuración de este tipo? Investiga ampliamente. Esta configuración evita el efecto de carga en un circuito, funciona como un buffer. Por consiguiente el voltaje y la corriente no disminuye en el circuito, ya que éste toma el voltaje de la fuente de alimentación del operacional y no de la señal que se está introduciendo, por lo que si una señal llegara con poca corriente, el circuito seguidor compensaría esa pérdida con la fuente de alimentación del amplificador operacional. 13
  15. 15. Conclusión: El uso de los amplificadores operacionales en sistemas de control es básico, así que es vital conocer las configuraciones de las operaciones en los amplificadores. Toda configuración da 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. Bibliografía: - Análisis de Circuitos en Ingeniería 7ma Edición Hayt & Kemmerly 14

×