Este documento describe un laboratorio sobre convertidores con amplificadores operacionales. Presenta el objetivo de analizar y comprobar el funcionamiento de circuitos de conversión de voltaje a corriente y viceversa. Explica conceptos teóricos sobre amplificadores operacionales y sus aplicaciones. Finalmente, muestra los resultados obtenidos al variar la entrada de voltaje y registrar las salidas correspondientes.

1. S.E.P. T.N. INSTITUTO
TECNOLÓGICO DE ORIZABA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA
ELÉCTRICA-ELECTRÓNICA
(ÁREA ELECTRÓNICA INSTRUMENTACION Y AUTOMATIZACION INDUSTRIAL)
LABORATORIO DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES
PRÁCTICA No. 5
CONVERTIDORES CON OPAMP.
(Convertidor de Voltaje – Corriente – Voltaje)
EQUIPO #1
ALUMNO:
DIANA KAREN AGUILAR ALFARO
ESTEBAN HERNÁNDEZ DOMÍNGUEZ
JESÚS ALBERTOMENDOZA LARA
Vo.Bo. M. C. Fernando Vera Monterrosas
/ OCTUBRE / 2016

2. LABORATORIO DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES
PRÁCTICA # 5
CONVERTIDORES CON OPAMP.
(Convertidor de Voltaje – Corriente – Voltaje)
Objetivo: Que el alumno analice y compruebe el funcionamiento de los circuitos de conversión
de voltaje a corriente y de corriente a voltaje utilizando algunos de los circuitos estudiados en las
prácticas anteriores.
INTRODUCCIÓN
Bob Widlar diseñó el amplificador operacional m o n o l í t i c o r e a l m e n t e f u n c i o n a l e n
1965,el uA709 de Fairchild. Este alcanzó gran popularidad pero exhibía algunos problemas,
particularmente su tendencia a bloquearse cuando la entrada era sometida a sobre voltaje, y por otra
parte su falta de protección contra cortocircuito. También requería compensación de frecuencia
externa (dos condensadores y una resistencia) y tenía un circuito engorroso de ajuste de offset (otra
vez se requerían tres componentes externos. Finalmente, su voltaje de entrada diferencia
l estaba limitado a 5 voltios.
Widlar se movió a National Semiconductor en donde habría de diseñar el LM301, un amplificador
operacional mejorado con protección de cortocircuito, libre del problema de bloquearse, y un rango
de voltaje diferencial de entrada de 30 voltios. Wídlar, no diseñó compensación interna, ya que él
prefería la flexibilidad de compensación por parte del usuario. El 301 podía ser compensado usando
un solo condensador, pero ya que se disponía de un solo pin sin ser usado, todavía se requerían tres
componentes para ajuste del offset.

3. Mientras tanto, en Fairchild se estaba desarrollando la respuesta al 301 (el ahora famoso 74l). Este
tenia las ventajas del 301, pero los ingenieros de Fairchild optaron por compensación interna de
frecuencia para permitir simplificar el ajuste de offset con un solo trimmer (potenciómetro) externo.
Puesto que la mayoría de aplicaciones no requieren ajuste de offset (Widlar tenía razón), el 741 en
uso normal no requiere más componentes que la red de alimentación misma. El resto es historia el
741 se convirtió en el Standard de la industria. En la actualidad existen muchos amplificadores
operacionales del tipo 741, esencialmente similares en diseño y desempeño, pero con características
tales como entrada FET, unidades duales o quad, versiones con especificaciones mejoradas
versiones compensadas y no compensadas, etc.
MARCO TEÓRICO
Amplificadores operacionales los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales
con acoplamiento DC de muy alta ganancia. Para hacerse una idea de su funcionamiento se puede
pensaren el amplificador diferencial clásico con componentes discretos (figura 1), con sus dos
entradas y una sola salida, como prototipo, aunque a decir verdad los amplificadores operacionales
reales tienen ganancias mucho mayores (valores típicos 10 ^ 5 a 10 ^ 6) e impedancia de salida
menor, y permiten a la salida barrer el rango de voltajes casi completo de la alimentación
(Usualmente se usan fuentes bipolares de ±15V). Los amplificadores operacionales ahora esta
disponibles en literalmente cientos de tipos, con el símbolo universal mostrado en al figura 2(a), en
donde las entradas (+) y (-) hacen lo que se espera: La salida se vuelve positiva cuando la entrada
no inversora (+), se vuelve más positiva que la entrada inversora (-), y viceversa. Los símbolos (+)
y (-) no significan que uno deba mantener uno positivo respecto al otro, o nada que se parezca.
Ellos simplemente dicen la fase relativa de la salida (la cuál es importante para mantener la
realimentación negativa) El uso de las palabras "no inversora" e "inversora" en lugar de "mas"" y
"menos" ayudará a evitar confusión de Las conexiones de la alimentación, u s u a l m e n t e n o s e
muestran, y tampoco hay símbolo de tierra. Los amplificadores operacionales tienen ganancias de

4. voltaje enormes, y casi nunca son usados sin realimentación. La ganancia de lazo abierto es tan
elevada, que para cualquier ganancia razonable de lazo cerrado, las características dependen
solamente de la red de realimentación. Naturalmente que en algún punto esta generalización tiene
que fallar. Nuestro estudio de amplificadores operacionales comenzará con una visión y el
comportamiento, y posteriormente se rellenará esta visión con algunas sutilezas a medida que sea
necesario.
Literalmente existen cientos de amplificadores operacionales disponibles, que ofrecen compromisos
de rendimiento que explicaremos en breve. Una buena muestra de un espécimen que sale bien
parado en muchas aplicaciones es el popular LF411 ("411" para ser breves), introducido
originalmente por National Semiconductor. Como todo amplificador operacional, este es un chip
fabricado en un empaque DIP (dual in line package), y su apariencia se muestra en la figura 2(b). Es
barato (aproximadamente 60 centavos de Dólar). Se puede encontrar en una versión mejorada
(LF411 A) y en un mini-DIP conteniendo dos amplificadores operacionales independientes (LF412,
llamado un amplificador operacional dual). En el interior del 411 se encuentra un bloque de silicio
conteniendo 24 transistores (21 transistores de unión, 3 FETs, 11 resistencias, y 1 condensador). Las
conexiones de pires se muestran en la figura 2(c). El punto en la esquina, o la muesca en el extremo

5. del empaque, identifican el extremo a partir del cual se cuentan los números de pines. Al igual que
con la mayoría de empaques electrónicos, los pines se cuentan en sentido anti horario, viendo desde
la parte superior. Los terminales de "cancelación de offset" (offset null), también conocidos como
"balance" o "trim" tienen que ver con la corrección de pequeñas asimetrías que son inevitables a la
hora de fabricar el amplificador operacional.

6. I.2 Análisis y/o Diseño.
Para el siguiente diseño del siguiente circuito se diseñó de acuerdo al diagrama correspondiente.
Después de haber realizado las pruebas correspondientes se realizó en placa para su dicha
comprobación en físico con los siguientes materiales de instrumentación para su medición.

7. I.3 Prereporte.
II Desarrollo Práctico.
II.1 Material y Equipo a utilizar.
 C. I. TL081.
 LM324
 BC548,BC558
 Caimanes
 Resistencias de varios valores a ¼ de W.
 Potenciómetros de varios valores.
 Fuente de Voltaje Regulada.
 Multímetro Analógico o Digital.
 Generador de Señales.
 Osciloscopio de Doble Trazo.

8. II.2 Metodología.
.
Al simular el siguiente circuito se obtuvieron los siguientes resultados en la simulación de esta
forma se puede decir que se cumplió con lo esperado.

9. 2. Diseñe todos los circuitos de acondicionamiento de señal que sean necesarios para que se
cumplan las condiciones anteriores.
El diseño propuesto en el siguiente enunciado se hizo el análisis siguiente
Como se puede mostrar a continuación se le implementaron unos comparadores y un circuito de
protección de esta forma al haber algún descuido por arte del destino se protegió el circuito con
diodos de protección de alta respuesta 1N4148 de esta forma el circuito se complementa y se pone
en práctica lo visto en clase para poder acondicionar la señal teniendo una comparación de voltajes
en que el que será variado será Vi, al ser cambiado Vi cambiara los diferentes tipos de parámetros
en la salida del amperímetro.

10. 3. Varíe el voltaje de entrada a los valores indicados en la Tabla 5.1 y anote los resultados.
Los siguientes datos que se obtuvieron fueron realizados mediante el diseño que se hizo en clase con
los circuitos de acondicionamiento.
Tabla 5.1 Tabla de funcionamiento de convertidorde voltaje a corriente y su acondicionadorde señal.
Ejemplo de medición en simulador MULTISIM demostrando de qué forma se obtuvieron los datos
de la tabla anterior donde se anotaron los diferentes rangos de valores obtenidos por los circuitos de
acondicionamiento.
Circuito de
acondicionamiento
Convertidor
Circuito de
acondicionamiento
Convertidor
Vi[V ] Vo[ V ] Vi[ v ] Io[mA] Vi[V ] Vo [ V ] Vi[V ] I [mA ]
0.00 0.93 0.93 5.16 3.00 3.4 3.4 13.8
0.50 1.543 1.543 6.12 3.50 3.8 3.8 15.7
1.00 1.845 1.845 8.4 3.75 4.3 4.3 16.7
1.25 2.030 2.030 8.9 4.00 4.6 4.6 17.2
1.50 2.520 2.520 9.3 4.50 5 5 18.3
2.00 2.750 2.750 11.3 5.00 5.3 5.3 19.89
2.50 2.890 2.890 12.6

11. El diseño propuesto para su simulación y comprobación en físico fue el siguiente el cual se simulo
antes de hacer cualquier circuito en placa para poder acondicionar el circuito a los puntos
establecidos.
CON LOS CÁLCULOS CORRESPONDIENTES PARA OBTENER UN VALOR DE
RESISTENCIA PARA SU DICHO FUNCIONAMIENTO QUE SE MENCIONA EN EL
ENUNCIADO.

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.
5. Diseñe todos los circuitos de acondicionamiento de señal que sean necesarios para que se
cumplan las condiciones anteriores.
El circuito con los complementos de acondicionamiento son los siguientes:
Tabla 5.2 Tabla de funcionamiento de convertidor de corriente a voltaje y su acondicionadorde señal
Al variar la señal de entrada se obtuvieron los siguientes valores los cuales fueron introducidos en la tabla de la siguiente:
Convertidor
Circuito de
acondicionamiento
Convertidor
Circuito de
acondicionamiento
Ii[mA] Vo[ V ] Vi[ V ] Vo[ V ] [mA] Vo[ V ] Vi[ V ] Vo[ V ]
4.00 -0.402 -0.402 -0.010 14.00 -1.394 -1.394 3.410
6.00 -0.610 -0.610 0.710 16.00 -1.604 -1.604 4.01
8.00 -0.812 -0.812 1.47 18.00 -1.795 -1.795 4.819
10.00 -1.2 -1.2 1.94 20.00 -2.103 -2.103 5.210
12.00 -1.4 -1.4 2.82

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III Cuestionario.
1. Investigue las aplicaciones más significativas de los convertidores de voltaje a corriente
y de corriente a voltaje.
Una de las aplicaciones que tienen los amplificadores operacionales son los conversores de voltaje
a corriente, es decir un voltaje de entrada puede utilizarse para controlar una corriente de salida.
Estos circuitos son muy utilizados en diversos circuitos de instrumentación.
Ejemplo sensores de temperatura, detectores de ruido, en el campo con más aplicaciones en
BIOELECTRONICA y procesamiento de señales.
Los convertidoresde voltaje CC-CC("reguladores") constande doselementos:uncontroladoryuna etapa
de potencia.La etapade potenciaincorporaloselementosde conmutaciónyconvierte el voltajede
entradaa la salidadeseada.El controladorsupervisa laoperaciónde conmutaciónpararegularel voltaje
de salida.Los dosestánvinculadosporunbucle de realimentación que comparael voltaje de salidareal
con la salidadeseadaparaobtenerel voltajede error.
2. ¿Cuáles son las resistencias que controlan el cero y el span en el convertidor de
voltaje a corriente?
La resistencia de puente con las terminales del amplificador, controla el cero y la resistencia de
entrada a la terminal inversora del amplificador diferencial (entrada de 𝑣𝑖) controla el span.

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5. ¿Cuál es la razón de utilizar el amplificador de instrumentación con dos
amplificadores operacionales en vez del de tres?
Una de las experiencias que se obtuvieron en clase fue que al poner tres operacionales para
amplificar una pequeña señal al estar ser amplificada por el segundo amplificador la respuesta de
señal se puede ver en el osciloscopio de manera aceptable, pero al pasar por el tercer
amplificador la señal debe de ser acondicionada con otro circuito para que no interfiera la
combinación de diferencias producidas por Vi.
6. Trazar la curva que establece una relación entre la corriente de entrada del
convertidor y el voltaje de salida del mismo.

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IV Conclusiones y Recomendaciones.
Se obtuvieron resultados cercanos, no tan precisos debido a quizá la falta de calibración de los
instrumentos de medición o nuestro amplificador.
Es muy indispensable hacer una buena conexión ente los voltajes requeridos por los
amplificadores, debido a esta falla no se logró implementar la otra salida de corriente que
corresponde de 0-10v convertir de 4-20mA.
Para el cao del diseño para obtener una salida de 4-20mA, es necesario tener una fuente de 4vdc
como referencia para que cuando la entrada del potenciómetro sea 0v, esta referencia nos permitirá
obtener una relación 1 a 1, con el fin de que a 4v su salida sea 4mA.
Para el diseño fue necesario poner para para la resistencia de carga varias resistencias en paralelo,
ya que al colocar una sola resistencia que se aproximará al valor requerido, se presentaba
calentamiento en esta resistencia, al ser de tan baja denominación 25ohms.
V Bibliografía y Software.
http://www.oocities.org/iel_115/archivos/capitulo1.pdf
http://www.pdf.datasheetcatalog.net/datasheet/motorola/MC34181.pdf.
electricidad y electrónica //aplicaciones prácticas TOMO 2 cap. 2 convertidores.
http://www.ab.com/es/epub/catalogs/12768/229240/229268/10202439/10202447/Convertidores
-activos.html
http://books.google.com.co/books?id=0_fh6Te9Z4gC&pg=PA222&lpg=PA222&dq=definicio
n+de+convertidor+de+voltaje+a+corriente&source=bl&ots=wJrXVFZCpu&sig=Fmk0dLeA
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