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Análisis de Circuitos: Práctica No. 6 - Amplificador Operacional, Ejercicios de Análisis de Circuitos Electrónicos

Un análisis detallado del funcionamiento de un amplificador operacional lm-324 en un circuito que permite observar el aumento del voltaje con ayuda de resistencias y leds. El documento aborda parámetros detallados del amplificador operacional, tipos específicos de amplificadores operacionales, características generales para su identificación y objetivos de la práctica. También se incluye el diseño del diagrama del circuito, su construcción y alambrado, así como la verificación y comprobación de su funcionamiento.

Tipo: Ejercicios

2023/2024

Subido el 04/03/2024

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ANÁLISIS DE CIRCUITOS 2024-1
GRUPO: 04
Ponce Luis Carlos Emilio
Hernández Lossel José Eduardo
F.E: 16-11-23
Practica No. 6 “Amplificador Operacional”
Problema
En el laboratorio de Análisis de circuitos estudiaremos el funcionamiento de un amplificador
operacional LM-324, aplicado a un circuito que nos ayudará observar de forma simple el
aumento del voltaje con ayuda de resistencias y focos leds los cuales nos indican el voltaje
suministrado al circuito.
Situación:
El amplificador operacional es un componente fundamental en sistemas eléctricos y
electrónicos. Fue inventado por George Philbrick en 1948 y originalmente se utilizaba en
computadoras analógicas para realizar operaciones matemáticas. A lo largo del tiempo, su
uso se ha expandido a diversas aplicaciones debido a sus características únicas.
Desarrollo Adicional:
Amplificación y Operaciones Matemáticas:
El amplificador operacional es esencialmente un dispositivo de amplificación electrónica que
incrementa la diferencia de voltaje entre sus dos entradas. Inicialmente concebido para realizar
operaciones matemáticas en computadoras analógicas, su versatilidad lo ha convertido en un
componente clave en una variedad de aplicaciones.
Parámetros Detallados del Amplificador Operacional:
Impedancia de Entrada y Salida: La impedancia de entrada se refiere a la resistencia entre las
entradas del amplificador, mientras que la impedancia de salida es la resistencia observada a la
salida. Estos parámetros son cruciales para la interconexión eficiente con otros elementos del
circuito.
Ganancia en Lazo Abierto: Indica la amplificación de la señal en ausencia de realimentación.
Puede expresarse en unidades naturales (V/V, V/mV) o logarítmicas (dB), y es fundamental para
comprender la capacidad intrínseca del amplificador para amplificar la señal de entrada.
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ANÁLISIS DE CIRCUITOS 2024-

GRUPO: 04

Ponce Luis Carlos Emilio

Hernández Lossel José Eduardo

F.E: 16-11-

Practica No. 6 “Amplificador Operacional”

Problema

En el laboratorio de Análisis de circuitos estudiaremos el funcionamiento de un amplificador operacional LM-324, aplicado a un circuito que nos ayudará observar de forma simple el aumento del voltaje con ayuda de resistencias y focos leds los cuales nos indican el voltaje suministrado al circuito.

Situación:

El amplificador operacional es un componente fundamental en sistemas eléctricos y electrónicos. Fue inventado por George Philbrick en 1948 y originalmente se utilizaba en computadoras analógicas para realizar operaciones matemáticas. A lo largo del tiempo, su uso se ha expandido a diversas aplicaciones debido a sus características únicas. Desarrollo Adicional: ● Amplificación y Operaciones Matemáticas: El amplificador operacional es esencialmente un dispositivo de amplificación electrónica que incrementa la diferencia de voltaje entre sus dos entradas. Inicialmente concebido para realizar operaciones matemáticas en computadoras analógicas, su versatilidad lo ha convertido en un componente clave en una variedad de aplicaciones. ● Parámetros Detallados del Amplificador Operacional: Impedancia de Entrada y Salida: La impedancia de entrada se refiere a la resistencia entre las entradas del amplificador, mientras que la impedancia de salida es la resistencia observada a la salida. Estos parámetros son cruciales para la interconexión eficiente con otros elementos del circuito. Ganancia en Lazo Abierto: Indica la amplificación de la señal en ausencia de realimentación. Puede expresarse en unidades naturales (V/V, V/mV) o logarítmicas (dB), y es fundamental para comprender la capacidad intrínseca del amplificador para amplificar la señal de entrada.

Tensión en Modo Común y Relación de Rechazo en Modo Común (CMRR): La tensión en modo común representa el valor promedio de tensión aplicada a ambas entradas, mientras que la CMRR mide la capacidad del amplificador para rechazar señales no deseadas en modo común. Una CMRR alta es deseable para mantener la integridad de la señal. Tensión y Corriente de Desequilibrio de Entrada: La tensión de desequilibrio de entrada es la diferencia de tensión que anula la salida, y la corriente de desequilibrio de entrada es la discrepancia de corriente entre las dos entradas que resulta en una salida nula. Estos parámetros son esenciales para comprender la estabilidad y precisión del amplificador. Tensión de Entrada Diferencial y Corriente de Polarización de Entrada: La tensión de entrada diferencial es la mayor diferencia de tensión que las entradas pueden tener mientras se mantiene el dispositivo en especificaciones. La corriente de polarización de entrada es la corriente que fluye por las entradas en ausencia de señal, afectando la eficiencia y estabilidad del amplificador. Rapidez de Variación de Tensión: La rapidez de variación de tensión indica la máxima variación de la tensión de salida en respuesta a una variación de tiempo, como reacción a una tensión de escalón. Este parámetro es crucial en aplicaciones que requieren respuestas rápidas a cambios en la entrada. ● Tipos Específicos de Amplificadores Operacionales: Inversor/No Inversor: Los amplificadores inversores aumentan la ganancia y revierte la polaridad de la señal de salida, mientras que los no inversores solo aumentan la ganancia. Seguidor de Voltaje: Utilizado para aumentar la señal de circuitos con voltajes variables, el seguidor de voltaje mantiene la misma polaridad de la entrada en la salida. Suma/Resta: Los amplificadores de suma combinan voltajes de diferentes entradas, mientras que los de resta generan una señal igual a la resta entre sus dos entradas. Estos son fundamentales en aplicaciones aritméticas. Integradores/Diferenciadores: Los integradores responden a cambios en el voltaje con el tiempo, mientras que los diferenciadores producen voltajes proporcionales a la tasa de cambio de la entrada. Son cruciales en aplicaciones que involucran análisis de señales en función del tiempo. Características Genéricas para Identificación:

Plan:

Equipo y material

  • 3 Amplificadores operacionales LM
  • 12 Leds
  • 2 Juego de cables banana-caimán
  • 12 resistencias de 470 Ω
  • 11 resistencias de 1000 Ω
  • alambres de diferente tamaño
  • 1 resistencia de 2.2k Ω
  • 2 fuentes de voltaje Se hará uso del material mencionado para armar un circuito al que se le suministrará energía por 2 fuentes de diferente voltaje, al mismo tiempo encendidas ambas, para el suministro del circuito y a través de la perilla que regula el voltaje en la fuente de voltaje se observará el funcionamiento de los amplificadores operacionales que constituyen el circuito en cuestión se pondrá a prueba la función de incremento de la diferencia de voltaje entre sus dos entradas.

Actuar:

  1. Con ayuda del documento de información específica del amplificador operacional LM324 identificamos la composición y las terminales del amplificador operacional para especificar cómo haremos el alambrado y conexión del circuito.

Imagen 3: Configuración de las terminales

  1. Junto con la profesora y todo el grupo realizamos el diseño del diagrama del circuito. Imagen 4: Diagrama del circuito

Verificación:

La función del amplificador operacional se verifica gracias a los indicadores led estos están en función de la administración del voltaje, de acuerdo al diagrama si se varía el voltaje de la fuente de 12 volts si se le suministra más o menos los leds encienden o apagan consecutivamente.

Comprobación y Solución:

La práctica llevada a cabo para conocer el funcionamiento del amplificador operacional y verificar el comportamiento del comparador de voltaje utilizando tres circuitos integrados LM324 ha demostrado cumplir satisfactoriamente los objetivos establecidos.

  1. Funcionamiento del Amplificador Operacional: A través de la variación del voltaje suministrado a los circuitos integrados LM324, se observó un comportamiento consistente con las características generales de un amplificador operacional. La amplificación de la diferencia de voltaje entre las entradas inversora y no inversora permitió controlar la iluminación de los LEDs conectados al circuito.
  2. Comparador de Voltaje: La configuración del circuito como comparador de voltaje utilizando el LM324 se validó eficazmente. Al variar la entrada de voltaje, se evidenció que los LEDs conectados al circuito respondieron al umbral de comparación establecido. Los LEDs se apagaban o encendían dependiendo de si la entrada supera o no el nivel de referencia, demostrando la función de comparación del amplificador operacional. La utilización de resistencias y LEDs en el circuito proporcionó una visualización clara y práctica de la respuesta del amplificador operacional. La conexión a fuentes de voltaje contribuyó a la manipulación controlada de la entrada, permitiendo la observación de las variaciones en la salida del amplificador operacional y el comportamiento del comparador de voltaje. La repetibilidad y consistencia en los resultados obtenidos durante la práctica respaldan la comprensión del funcionamiento teórico del amplificador operacional y su aplicación práctica como comparador de voltaje. Conclusión General:

La práctica proporcionó una experiencia para comprender y verificar el funcionamiento del amplificador operacional, específicamente en la configuración de comparador de voltaje. La variación controlada de voltaje y la observación de la respuesta de los LEDs permitieron validar de manera efectiva los principios teóricos discutidos previamente. Este ejercicio práctico contribuyó significativamente al entendimiento de las características y aplicaciones de los amplificadores operacionales en entornos eléctricos y electrónicos.

Referencias:

● Consulta del manual de prácticas del laboratorio de análisis de circuitos. ● Amplificador operacional. (2022, enero 11). Industrias GSL. https://industriasgsl.com/blogs/automatizacion/amplificador-operacional