laboratorio con opamps 741

1. UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE
Laureate Internacional Universities®
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA
MECATRÓNICA
Curso: Circuitos Electrónicos
Laboratorio de Amplificadores
Operacionales
DOCENTE:
Solís Tipian Martin Albino
PARTICIPANTE:
Gonzales Aroste Juan Carlos
Lima – Perú
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
1

2. CIRCUITOS CON AMPLIFICADORES
OPERACIONALES
1. AMPLIFICADOR INVERSOR
La señal de entrada Vi se introduce por el terminal inversor del A.O.
R2
I2
R1
Vi
-
I1
+V
I
-
0V
V0
+
+I
-V
Figura 1
Si se tiene en cuenta que la Zi (impedancia de entrada) es muy elevada:
+
I = -I = 0
Despreciando la corriente que entra por el terminal inversor (-I), se tiene:
I1 I 2
I 1 
Vi
R1
Siendo la tensión de salida Vo:
Vo I 2 · R2
Vo 
Vi
R1
· R2
Existiendo un desfase en la tensión de salida de 180º
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
2

3. Según la ecuación anterior, la tensión de salida es igual a la de entrada,
amplificada según el valor de la ganancia en tensión (∆v).
Vi
V
v  o
Vi

·R2
R1

Vi
R2
R1
Para que los dos terminales (inversor y no inversor), vean la misma resistencia
de entrada.
R3 R1 // R2
R2
+V
R1
-
Vi
R3
V0
+
-V
Figura 2
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
3

4. SEÑAL DE SALIDA
Vpp DE
ENTRADA
Vpp DE
SALIDA
SEÑAL DE ENTRADA
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
4

5. 5.1.AMPLIFICADOR NO INVERSOR
o La señal de entrada Vi se aplica al terminal no inversor del A.O.
o La señal de salida Vo, está en fase con la de entrada.
R2
I2
+V
R1
I1
R3
V0
Vi
I0
+
-V
Figura 3
Si observamos el circuito determinamos:
I1 I 2
I 1 
Vi
R1
Vo I1 ·(R1 R2 )
Sustituyendo el valor de I1:
Vo 
R1 R2  ·V
R1
i
La ganancia en tensión (∆v) viene determinada:
Vo
 
v
Vi

R1 R2
R1
De lo que se deduce que no se puede conseguir ∆v = 1
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
5

6. R3 R1 // R2
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
6

7. Conclusiones:
o En la configuración inversora se obtiene un desfase de 180º de la salida
respecto a la entrada; pudiéndose conseguir una ∆v = 1.
o En la configuración no inversora, la salida está en fase con la entrada y
∆v ≠ 1.
2. APLICACIONES CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES
2.1 INTRODUCCIÓN
Las primeras aplicaciones de los A.O., fueron en la realización de operaciones
matemáticas: suma, resta, derivación, integración, etc.
2.2 SUMADOR INVERSOR Y NO INVERSOR
2.3 SUMADOR INVERSOR
o Se le llama también amplificador inversor multicanal.
o El siguiente circuito constituye un A.O. sumador inversor de 3 canales.
R4
R1
V1
R2
V2
I0
+V
I1
Ii
-I
0
-
R3
I2
V0
+
V3
I3
-V
Figura 4
Teniendo en cuenta, las consideraciones vistas hasta ahora y que son 3
inversores:
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
7

8. v v1 v 2 v3
I o I1 I 2 I 3 
Sustituyendo los valores de las intensidades:


1
3
Podemos obtener la tensión de salida:

Si: R1 = R2 = R3 = R4
Vo V1 V2 V3

Vo  v1 ·V1 v 2 ·V2 v3 ·V3

Haciendo:
 1 = R2 = R3 = R
R
 R4 = R / n
(n: nº de entradas del sumador)
Obteniéndose un circuito que realiza la media aritmética de las señales de entrada.
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8

9. Conectando un amplificador inversor de ganancia unitaria a la salida del
sumador inversor, se obtiene un amplificador sumador no inversor.
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
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10. 3. SUMADOR NO INVERSOR
La salida se encuentra en fase con la entrada, pero no se puede obtener ganancia
unitaria.
R6
I5
R5
-I
V1
+V
0
R1
R2
V2
V3
I0
-
I1
V0
+I 0
+
I
R3
2
I3
-V
I4
Vi
R4
Figura 6
Si se aplican las consideraciones de un amplificador no inversor:
I 5 I o
Vo
 
v
Vi

R6 R5
R5
La tensión en el terminal no inversor (Vi) viene determinada por:
Vi R4 · I 4
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1
0

11. Vi R4 I1 I 2 I 3 


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1
1

12. 4.AMPLIFICADOR DIFERENCIAL (RESTADOR)
o Realiza la resta o diferencia entre las dos señales de entrada.
o El A.O. funciona como inversor y no inversor.
o Aprovechando el desfase del inversor se puede realizar la resta o diferencia entre
las dos señales de entrada.
R2
I0
R1
Vi2
I1
R3
-I
0
Vi1
V0
+
Figura 7
Vo Vo1 Vo 2
Vo1: salida proporcionada por el terminal no inversor.
Vo2: salida proporcionada por el terminal inversor.
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
1
2

13. o El inconveniente del circuito anterior, es que no se obtiene exclusivamente la
diferencia de las dos señales de entrada. Intervienen ∆v1 y ∆v2.
o Para que la salida sea solo la diferencia de las dos señales de entrada se tiene que
cumplir que:
∆v1 = ∆v2 = 1
R
R
+V
+V
R
Vi2
-
V'0
A
R
B
+
R
-V
V0
+
Vi1
-V
Figura 8
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
1
3

14. Amplificador A D inversor.
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
1
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15. 5. DERIVADOR E INTEGRADOR
5.1 DERIVADOR
o En la salida (Vo) se obtiene la derivada de la señal de entrada (Vi), respecto al
tiempo, multiplicada por una constante.
o El circuito se basa en un inversor, en el que R1 se ha sustituido por un
condensador.
R
I0
+V
C
-
Vi
V0
Ii
+
-V
Figura 9
Como IC = Ii
I C
C
dVC
dt
I C I o
VC Vi
La tensión de salida (Vo) será:
Vo I C · R
dVC RC dVi
Vo RC
dt
dt
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
1
5

16. JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
1
6

17. 5.2 INTEGRADOR
La salida es el producto de una constante por la integral de la señal de entrada.
C
Ic
+V
R
-
Vi
V0
Ii
+
-V
Figura 10
Para obtener la salida, hay que tener en cuenta la carga (Q) almacenada, entre las
placas del condensador.
Q  I C dt
Al ser Ii = - IC
Q  I i dt
Definiendo la carga (Q) en función del voltaje (VC) y la capacidad (C) del
condensador:
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
1
7

18. Q VC ·C
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
1
8

19. 6. AMPLIFICADOR LOGARÍTMICO
o Su salida es no lineal, es proporcional al logaritmo neperiano de la señal de
entrada.
o Se basa en la relación exponencial existente entre la corriente y la tensión en una
unión PN.
D
T
I
I
+V
+V
R
Vi
R
I
V0
-
Vi
I
+
V0
+
-V
-V
Figura 11
Relación exponencial:


I I o eV / VT 1
Io: corriente inversa de saturación.
VT: KT/q [ K: ctte de Boltzman (1,38·10-23 J/K), T : temperatura absoluta en grados Kelvin,
q : carga del electrón (1,602·10-19 C) ].
V: caída de tensión entre ánodo y cátodo.


I I o eVo / VT 1
eVo / VT 1
Tomando logaritmo neperiano:
Ln
I

Vo
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
1
9

20. JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
2
0

21. Si: I = Vi / R.
Vo VT Ln
Vi
Io R
En cuanto al circuito utilizando un transistor:


I I o eVBE / VT 1
La ventaja de utilizar un transistor, es su propiedad amplificadora.
Para conseguir el amplificador antilogarítmico (figura 12), se intercambia el
diodo por la resistencia y viceversa.
R
+V
D
Vi
V0
+
-V
Figura 12
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
2
1

22. 6.MULTIPLICADOR Y DIVISOR
Hay que basarse en las propiedades que cumplen los logaritmos.
6.1 MULTIPLICADOR
LnA LnB Ln AB
anti logLn AB AB
D
R
R
R
A
R
-
+
D
V'0
V0
+
+
D
R
B
-
R
+
Figura 13
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
2
2

23. 6.2 DIVISOR
D
R
R
R
A
R
-
+
D
V'0
V0
+
+
D
R
B
-
R
+
Figura 14
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
2
3

24. 7. POTENCIACIÓN Y RADICACIÓN
7.1 POTENCIACIÓN
Ln An n · LnA


anti log Ln  An  An
D
nR
R
R
A
-
V'0
'
R
D
-
V'0
+
V0
+
+
Figura 15
7.2 RADICACIÓN
D
R
R
R
A
-
V'0
'
nR
-
+
D
V'0
V0
+
+
Figura 16
JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
2
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25. JUAN CARLOS GONZALES AROSTE
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5