Guia de aprendizaje para amplificadores operacionales

1. SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA
SISTEMA INTEGRADO DE GESTIÓN
Procedimiento Ejecución de la Formación Profesional Integral
GUÍA DE APRENDIZAJE
Versión:02
Código:GFPI-F-019
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Programa de Formación:
Automatización Industrial
Código: 113481
Versión:
Nombre del Proyecto:
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE
MODULOS DE
ENTRENAMIENTO PARA LA
AUTOMATIZACION DE
PROCESOS INDUSTRIALES.
Código: 657878
Fase del proyecto: 3 Ejecución
Actividad (es) del Proyecto:
Diagnosticar y estructurar
proyectos de automatización
y mantenimiento de
acuerdo con lasnecesidades
de
mejora y aumento de la
productividad de procesos
industriales.
Actividad(es) de
Aprendizaje:Realizar
planeesde
mantenimientode
equipos
automatizados,de
acuerdocon las
especificacionesdel
manual y las
condicionesde uso.
Ambiente de
formación
ESCENARIO
(Aula,
Laboratorio,
taller,unidad
productiva) y
elementos y
condicionesde
seguridad
industrial,salud
ocupacional y
medioambiente
MATERIALES DE FORMACIÓN
DEVOLUTIVO
(Herramienta
- equipo)
CONSUMIBLE
(unidades
empleadas
durante el
programa)
Resultados de Aprendizaje: Competencia:
Resultados de Aprendizaje: Competencia:
Resultados de Aprendizaje: Competencia:
Duraciónde laguía (enhoras):
GUÍADE APRENDIZAJE Nº 1
1. IDENTIFICACIÓNDE LA GUIADE APRENDIZAJE
2. INTRODUCCIÓN

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El conceptooriginal delAO(amplificadoroperacional) procede delcampode loscomputadoresanalógicos,
en losque comenzarona usarse técnicasoperacionalesenunaépoca tan tempranacomo enlos años 40.
El nombre de amplificadoroperacional derivadel conceptode unamplificadordc (amplificadoracoplado
en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas características de
operación estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados. Cambiando los tipos y
disposiciónde loselementosde realimentación,podíanimplementarse diferentesoperacionesanalógicas;
engran medida, lascaracterísticasglobalesdelcircuitoestabandeterminadassoloporestoselementosde
realimentación. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el
desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar al surgimiento de una nueva era en los
conceptos de diseñó de circuitos.
Los primerosamplificadoresoperacionalesusabanel componentebásicode sutiempo:laválvulade vacio.
El usogeneralizadode losAOsnocomenzórealmentehastalosaños60, cuandoempezaronaaplicarse las
técnicas de estado sólido al diseño de circuitosamplificadoresoperacionales,fabricándose módulosque
realizabanlacircuiteriainternadel amplificadoroperacional mediante el diseñodiscretode estadosólido.
Entonces, a mediados de los 60, se introdujeron los primeros amplificadores operacionalesde circuito
integrado. En unos pocos años los amplificadores operacionales se convirtieron en una herramienta
estándar de diseño, abarcando aplicaciones mucho más allá del ámbito original de los computadores
analógicos.
El objetivode estaprácticaesla medidaenel laboratoriode distintoscircuitosconel amplificador
operacional 741. Analizaremos aplicacioneslinealesynolinealessinmásque cambiaralgunoselementos
externos.Éstaprácticase desarrollaráendossesionesde doshorascada una:
SESION 1.1: Aplicacionesde amplificadoroperacional I: Configuracionesmodoamplificadory sumador.
SESION 1.2: Aplicacionesdel amplificadoroperacional II: Derivador, integrador y amplificador
logarítmico.
El amplificadoroperacional 741es uncircuitointegradode bajocosto y de propósitogeneral.Esun
circuitoque amplificaladiferenciaentre suentradanoinversora,v+,yla entradano inversorav-,de
acuerdocon el siguiente modelo:
3. ESTRUCTURACION DIDACTICA DE LAS ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE

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Figura 1.1: Modelo amplificador operacional
Donde vamos a considerar que el amplificador operacional es ideal y, por tanto, Ri  ∞, Av  ∞ y Ro  0.
Ademásde losdosterminalesde entradayel de salida,el circuitotiene dosterminalesadicionalesparala
alimentación.
El circuito integrado que se va a utilizar consta de 8 pines de conexión, numerados en sentido opuesto a
las agujasdel reloj empezandoporel extremoque quedaa la izquierdade la marca del encapsuladotal y
como se muestra en la siguiente figura:
Muy importante:Latierra de lasalimentaciones+15vy -15v debe de estarcortocircuitadasa latierrade
la señal de entraday del osciloscopio(Cuandose use éste).
SESION 1.1: Aplicacionesdel amplificadoroperacional

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Instrumental de laboratorio:
 Osciloscopio
 Multimetro
 Fuente de Tensióncontinua
 Generadode señales
 Protoboard
 Pinzasycorta frio
 Cable UTP
COMPONENTESELECTRÓNICOS:
 AmplificadorOperacional
 3 Resistencias
AMPLIFICADOR EN CONFIGURACIÓN NO INVERSORA:
OBJETIVO
Medidacon el osciloscopiode lascaracterísticasde transferenciadel circuitoVo=f(Vi),calculandosu
gananciay lospuntosde saturación.
CIRCUITO:

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Figura 1.3: Amplificador en configuración no inversora.
 Elegir los valores para que R2 > R1.
 Ganancia en la zona lineal: 1 + R2/R1
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Ponerla entradauna señal sinusoidal conel generadorde señalesa1 Khzde frecuenciayuna
amplitud grande (> 10v).
2. Colocar la sonda del CH1 del osciloscopio a la entrada y el canal CH2 a la salida y poner el
osciloscopio en modo de medidad X-Y (En la base tiempos).
3. Tomar fotos en cada una de las medicionesque se lleven a cabo y generar un documento
explicando los resultados.
AMPLIFICADOR EN CONFIGURACIÓN INVERSORA
OBJETIVO
Medida con el osciloscopiode la característica de transferencia del circuitoVo = f(Vi), calculando
su ganancia y los puntos de saturación.
CIRCUITO:

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Figura 1.4: Amplificador en configuración inversora
 Elegir los valores para que R2 > R1
 Ganancia en la zona lineal – R2/R1
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Se debe desarrollar idéntico al apartado anterior.
AMPLIFICADOR SUMADOR INVERSOR
OBJETIVO
Medircon el osciloscopiolacaracterísticade transferenciadel circuito,Vo=f(Vi),calculandosu ganancia.
CIRCUITO:
Figura 1.5: Amplificador sumador inversor
 Elegir los valores para que R3 = R1 < R2.
 Ganancia en zona lineal: - R2(
𝑉1
𝑅1
−
𝑉2
𝑅3
).
 Tomar para V1 una señal sinusoidal y para V2 una tensión continua de la fuente ajustable.

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Medirenel osciloscopioalgunospuntosde latensiónde salidaenlazonalineal parapodercomprobar
que la ecuación de la ganancia se cumple:
1. Ponerel osciloscopioenel modonormal (Amplitudfrente vstiempo) yvisualizarlaentradaV1
y la salida Vo.
2. Medir con los cursores la amplitud de ambas señales en variospuntos: Verificar la expresión
de la ganancia.
3. Cambiar la tensión de entrada V2 de la fuente ajustable y volver a medir. Comprobar que
incrementando esta entrada se encuentra en modo saturación y se recorta la señal.
SESIÓN 1.2: APLICACIONES DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL II
Instrumental de laboratorio:
 Osciloscopio
 Multímetro
 Protoboard
 Pinzas y corta frio.
 Fuente de tensión continua.
 Generador de señales
 Cable UTP
COMPONENTES ELECTRÓNICOS:
1. 1 Amplificador Operacional
2. 2 Resistencias
3. 1 Condensador electrolítico
CIRCUITO DERIVADOR
OBJETIVO
Comprobar en el dominio del tiempo la respuesta del circuito derivador con amplificador operacional.

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CIRCUITO
Figura 1.6: Circuito derivador.
Tomar RxC = 10−4 (Por ejemplo, C = 100 nF y R = 1 KΩ).
Este circuito, tal como se ha demostrado en clases, tiene la siguiente tensión de salida.
Vo(t) = -R∙ 𝐶 ∙
𝑑𝑣(𝑡)
𝑑𝑡
(1)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Introducir a la entrada una señal sinusoidal de amplitud 10v y f = 1Khz
2. Calcular teóricamente el resultado de la ecuación 1 con la señal sinusoidal de entrada
anteriormente descrita.
3. Comprobar con el osciloscopioel punto anterior: Midiendo la amplitud de la señal de salida y
compararla con la dada por la ecuación 1. Dibuje lo observado
4. Introducir una señal triangular, medir y representar la señal de salida obtenida. Justifique.
CIRCUITO INTEGRADOR (Filtro pasa bajas)
OBJETIVO

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Comprobarenel dominiodel tiempoyde lafrecuencialarespuestadel circuitointegradoconamplificador
operacional.
CIRCUITO
Figura 1.7: Circuito Integrador (Filtro pasa bajas)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Comprobar con el osciloscopio que la salida es proporcional a la integral de la entrada cuando la
señal de entrada es un seno y una señal cuadrada. Dibujar lo observado en la pantalla.
2. Medir la tensión de salida pico a pico, para un rango de frecuencias de 500 Hz a 100 Hz.
3. ¿Qué ocurre si se elimina R2?. Dibuje lo que ocurre y explíquelo.

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ACTIVIDADES DEL
PROYECTO
DURACIÓN
(Horas)
Materialesde formación devolutivos:
(Equipos/Herramientas)
Materialesde formación
(consumibles)
Talento Humano (Instructores)
AMBIENTES DE
APRENDIZAJE TIPIFICADOS
Descripción Cantidad Descripción Cantidad Especialidad Cantidad
ESCENARIO (Aula,
Laboratorio, taller, unidad
productiva) y elementos y
condiciones de seguridad
industrial,salud ocupacional
y medio ambiente
4. RECURSOS PARA EL APRENDIZAJE

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Wikipedia la Enciclopedia Libre
https://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional
Aplicaciones del amplificador operacional
http://quidel.inele.ufro.cl/~jhuircan/PDF_CTOSII/apaoieee.pdf
TERMINOS:
 Protoboard
 Osciloscopio
 Integrador
 Derivador
 Ganancia en zona lineal
6. REFERENTES BIBLIOGRÁFICOS
5. GLOSARIO DE TERMINOS

13. SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA
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Procedimiento Ejecución de la Formación Profesional Integral
Versión:02
Código:GFPI-F-019
Página 13de13
Instructor: Jose Luis OrdoñezRevelo
7. CONTROL DEL DOCUMENTO (ELABORADA POR)