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Circuitos electronicos 5, Ejercicios de Análisis de Circuitos Electrónicos

Informe de circuito electronicos analisis de OPAM

Tipo: Ejercicios

2020/2021

Subido el 17/07/2021

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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA Página:1/9
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES
ESCUELA PROFESIONAL INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA-
ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA Jefe de Prácticas:
Ing. Christiam G. Collado Oporto
LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
CIRCUITOS CON OPERACIONALES
Código:
Semestre:
Grupo: FECHA:
Apellidos y Nombres: Lab. Nº: 05
OBJETIVOS
Analizar las características eléctricas del Amplificador Operacional
Implementar algunos circuitos de aplicación de amplificadores operacionales.
MARCO TEÓRICO
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
En otros tutoriales hemos presentado componentes electrónicos discretos, que habitualmente se fabrican y
encapsulan en unidades separadas, aptas para ser incorporadas en la fabricación de circuitos. Ahora es el
momento para avanzar un paso más, e introducir el concepto de circuito integrado. Un circuito integrado se
diferencia de los circuitos convencionales en que todos sus componentes se fabrican en el mismo bloque de
silicio. Con ello se consiguen múltiples ventajas:
Reducción de tamaño
Mayor fiabilidad, pues se eliminan todos los problemas asociados con la interconexión de los componentes
Menor costo, si el número de circuitos fabricados es elevado
A la hora del diseño, también ofrece ventajas el uso de los circuitos integrados, puesto que estos se comportan
como bloques con un comportamiento definido. De esta forma, en muchas ocasiones no es necesario analizar el
esquema completo del integrado para predecir su funcionamiento en el circuito.
En esta práctica presentamos uno de los circuitos integrados más empleados: el amplificador operacional. Su
nombre se debe a que empezaron a emplearse en áreas de computación e instrumentación. Los primeros
amplificadores operacionales estaban fabricados con componentes discretos (válvulas, después transistores y
resistencias) y su costo era desorbitado. A mediados de la década de los 60 comenzó la producción de
operacionales integrados. Pese a que sus características eran pobres (comparándolos con los de hoy en día), y
su costo relativamente elevado, este hecho supuso el comienzo de una nueva era en el diseño electrónico. Los
diseñadores comenzaron a incorporar operacionales en sus circuitos. La demanda de nuevos y mejores
dispositivos fue atendida por los fabricantes de componentes electrónicos, y en unos pocos años se estableció
una amplia gama de operacionales de alta calidad y bajo costo.
Una de los factores que más ha contribuido al éxito de los amplificadores operacionales es su versatilidad. Se
trata de un circuito de propósito general que puede emplearse en multitud de aplicaciones. Por si fuera poco,
los modelos necesarios para analizar su comportamiento son muy sencillos, y en la gran mayoría de los casos,
puede asumirse un comportamiento ideal.
Será precisamente este comportamiento ideal el primer punto que se tratará en el siguiente apartado.
Posteriormente se explicarán los diversos modos de operación, para finalizar el tema con unos sencillos
circuitos de aplicación.
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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA Página:1/

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES

ESCUELA PROFESIONAL INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA-

ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

Jefe de Prácticas: Ing. Christiam G. Collado Oporto

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS

CIRCUITOS CON OPERACIONALES

Código: Semestre: Grupo: FECHA: Apellidos y Nombres: Lab. Nº: 05

OBJETIVOS

 Analizar las características eléctricas del Amplificador Operacional  Implementar algunos circuitos de aplicación de amplificadores operacionales.

MARCO TEÓRICO

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

En otros tutoriales hemos presentado componentes electrónicos discretos, que habitualmente se fabrican y encapsulan en unidades separadas, aptas para ser incorporadas en la fabricación de circuitos. Ahora es el momento para avanzar un paso más, e introducir el concepto de circuito integrado. Un circuito integrado se diferencia de los circuitos convencionales en que todos sus componentes se fabrican en el mismo bloque de silicio. Con ello se consiguen múltiples ventajas:  Reducción de tamaño  Mayor fiabilidad, pues se eliminan todos los problemas asociados con la interconexión de los componentes  Menor costo, si el número de circuitos fabricados es elevado A la hora del diseño, también ofrece ventajas el uso de los circuitos integrados, puesto que estos se comportan como bloques con un comportamiento definido. De esta forma, en muchas ocasiones no es necesario analizar el esquema completo del integrado para predecir su funcionamiento en el circuito. En esta práctica presentamos uno de los circuitos integrados más empleados: el amplificador operacional. Su nombre se debe a que empezaron a emplearse en áreas de computación e instrumentación. Los primeros amplificadores operacionales estaban fabricados con componentes discretos (válvulas, después transistores y resistencias) y su costo era desorbitado. A mediados de la década de los 60 comenzó la producción de operacionales integrados. Pese a que sus características eran pobres (comparándolos con los de hoy en día), y su costo relativamente elevado, este hecho supuso el comienzo de una nueva era en el diseño electrónico. Los diseñadores comenzaron a incorporar operacionales en sus circuitos. La demanda de nuevos y mejores dispositivos fue atendida por los fabricantes de componentes electrónicos, y en unos pocos años se estableció una amplia gama de operacionales de alta calidad y bajo costo. Una de los factores que más ha contribuido al éxito de los amplificadores operacionales es su versatilidad. Se trata de un circuito de propósito general que puede emplearse en multitud de aplicaciones. Por si fuera poco, los modelos necesarios para analizar su comportamiento son muy sencillos, y en la gran mayoría de los casos, puede asumirse un comportamiento ideal. Será precisamente este comportamiento ideal el primer punto que se tratará en el siguiente apartado. Posteriormente se explicarán los diversos modos de operación, para finalizar el tema con unos sencillos circuitos de aplicación.

CIRCUITOS CON OPERACIONALES

LAB N° 05 Lab. CE CCO EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL Tal y como acabamos de exponer, el componente electrónico conocido como amplificador operacional es realmente un circuito complejo formado por muchos transistores y otros componentes en un solo circuito integrado. El esquema funcional de un amplificador operacional puede verse en la Figura 1.

Figura 1. Esquema funcional del amplificador operacional.

El amplificador operacional tiene dos entradas. En la primera etapa se amplifica levemente la diferencia de las mismas. Esto se suele expresar también diciendo que se amplifica el modo diferencial de las señales, mientras que el modo común se rechaza. Posteriormente se pasa a segunda etapa de ganancia intermedia, en la que se amplifica nuevamente el modo diferencial filtrado por la primera. La ganancia total es muy elevada, típicamente del orden de 105. Finalmente, en la última etapa no se amplific a la tensión, sino que se posibilita el suministrar fuertes intensidades. Para que este dispositivo pueda funcionar es obvio que necesitará una fuente de alimentación que polarice sus transistores internos. Habitualmente se emplean dos fuentes de alimentación, una positiva y otra negativa. De este modo se permite que la salida sea de uno u otro signo. Evidentemente, la tensión de salida nunca podrá superar los límites que marquen las alimentaciones. No olvidemos que el operacional está formado por componentes no generadores. Una vez realizada esta presentación, hay que aclarar que en la mayoría de los casos, es posible conocer el comportamiento de un circuito en el que se inserta un operacional sin tener en cuenta su estructura interna. Para ello vamos a definir, como siempre, un componente ideal que nos permita una primera aproximación. Y también como es habitual, los cálculos rigurosos necesitarán de modelos más complejos, para los que sí es necesario estudiarlo más profundamente. El símbolo y el equivalente circuital ideal del amplificador operacional se muestra en la Figura 2.

Figura 2: Representación del amplificador operacional

CIRCUITOS CON OPERACIONALES

LAB N° 05 Lab. CE CCO El operacional tiene cinco terminales:  Entrada no inversora (V+)  Entrada inversora (V-)  Alimentación positiva (ECC)  Alimentación negativa (-ECC)  Salida (VOUT) A la hora de resolver circuitos se suelen omitir las alimentaciones, ya que como se verá, no afectan al funcionamiento. La representación circuital está formada por una resistencia de entrada, que une los dos terminales, y un generador de tensión de salida. La tensión de salida es proporcional a la diferencia de las entradas. Las características más relevantes del amplificador operacional son:  Resistencia de entrada muy elevada: A menudo es mayor que 1 M.  Ganancia muy elevada: Mayor que 105. Las consecuencias que se derivan de estas características son:  La corriente de entrada es nula: Al ser la resistencia de entrada tan elevada, la corriente que circula por los terminales inversor y no inversor puede despreciarse.  La ganancia puede considerarse infinita. Con estas dos aproximaciones puede abordarse ya el análisis de algunos circuitos sencillos.

III. INFORME PREVIO

a) Analizar y señalar las características eléctricas del Amplificador Operacional, en base a las hojas de datos de los CI- OP-AMP. b) Explicar brevemente los tipos de OP-AMP que operan en rango de audiofrecuencias. c) Explicar brevemente los tipos de OP-AMP para aplicaciones digitales. d) Explicar el efecto de Tierra Virtual. Consultar cinco autores por lo menos. e) Analizar y efectuar el cálculo del siguiente circuito. Hallar y graficar, Vo vs. Vi, Vo vs. f , si Vi= 12mV sen wt ( Si conoce algún programa simulador, verifique resultados)

CIRCUITOS CON OPERACIONALES

LAB N° 05 Lab. CE CCO

Amplificador Inversor.

  1. Armar el siguiente circuito
  2. Aplique una diferencia de potencial de 0 V a la entrada (Vi = 0), haga la diferencia de potencial de salida (Vo) igual a 0 V variando el control (PI 0K) (offset).
  3. Aplique a la entrada una señal de v(t)=0.2sen(2000 𝜋 t).
  4. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las señales de entrada (Vi) y de (Vo) simultáneamente.
  5. Agregue sus comentarios.

Amplificador No Inversor.

  1. Arme el siguiente circuito.

CIRCUITOS CON OPERACIONALES

LAB N° 05 Lab. CE CCO

Amplificador Sumador.

  1. Armar el siguiente circuito.
  2. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las señales de entrada (Vi) y de (Vo) simultáneamente.
  3. Anote sus comentarios.

Amplificador Diferenciador.

  1. Armar el siguiente circuito.
  2. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las señales de entrada (Vi) y de (Vo) simultáneamente.
  3. Anote sus comentarios.

CIRCUITOS CON OPERACIONALES

LAB N° 05 Lab. CE CCO

Amplificador Integrador.

  1. Armar el siguiente circuito.
  2. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las señales de entrada (Vi) y de (Vo) simultáneamente.
  3. Anote sus comentarios.

Amplificador Diferencial.

  1. Armar el circuito del informe previo.
  2. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las señales de entrada (Vi) y de (Vo) simultáneamente.
  3. Anote sus comentarios. CUESTIONARIO FINAL

1. Calcule la ganancia de diferencia de potencial teórica del circuito y compárela con la obtenida

experimentalmente.

2. Indique en qué consiste el efecto de "saturación".

3. Cuáles son las características que determinan la máxima amplificación sin saturación

4. En cada punto del circuito del informe inicial dibujar la gráfica de la señal Indicar las magnitudes y frecuencias.

5. Indicar en que aplicaciones prácticas se usa estas aplicaciones del OP_AMP utilizados en la experiencia