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Tipo: Ejercicios
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Universidad de San Carlos Facultad de Ingeniería Escuela Mecánica Eléctrica Laboratorio de Instrumentación Eléctrica ing. Otto Fernando Andrino González
GRUPO #6 Integrantes: Camilo Eduardo Roche Chavarría, 201700406 Carlos Armando Tubac Carcuz, 201700512 Dayton Pedro Gabriel Eduardo Guzmán Sandoval, 201700652 Yeffry Jared Veliz Arteaga, 201709175 Fecha: 12/08/
Un amplificador operacional, a menudo conocido op-amp por sus siglas en inglés (operational amplifier) es un dispositivo amplificador electrónico de alta ganancia acoplado en corriente continua que tiene dos entradas y una salida. Los diseños varían entre cada fabricante y cada producto, pero todos los amplificadores operacionales tienen básicamente la misma estructura interna, que consiste en tres etapas: Amplificador diferencial: es la etapa de entrada que proporciona una baja amplificación del ruido y gran impedancia de entrada. Suelen tener una salida diferencial. Amplificador de tensión: proporciona ganancia de tensión. Amplificador de salida: proporciona la capacidad de suministrar la corriente necesaria, tiene una baja impedancia de salida y, usualmente, protección frente a cortocircuitos. Éste también proporciona una ganancia adicional. El dispositivo posee dos entradas: una entrada no inversora (+) y otra inversora (–). En el siguiente reporte podrá observar el funcionamiento de 4 circuitos utilizando distintas configuraciones del amplificador operacional.
Para esta practica es necesario tener una computadora con el software multisim(cualquier edición), el paquete de Microsoft office(cualquier versión), en nuestro caso el software qtiPlot y calculadora.
1. Con el software multisim creamos un nuevo proyecto y buscamos todos los componentes que necesitamos en la practica. 2. Armamos nuestro circuito en el simulador multisim y nos aseguramos que todo este conectado adecuadamente. 3. Ejecute la simulación, dele doble clic a los multimetros XMM1 para medir el offset de entrada y XMM2 para medir el offset de salida y seleccione la opción de voltaje DC para ambos casos. 4. Ahora utilizaremos del paquete de Microsoft office el programa de Excel para tabular nuestros datos devueltos por la simulación en multisim. 5. Por ultimo el software qtiPlot nos servirá para graficar los datos tabulados en el software Excel.
Discusión de resultados
resistencia Rf esto hace que aumente el offset así como aumenta la misma resistencia… esto se puede observar en la gráfica 1 con los datos de la tabla 2. Continuo de esto si se varia Ri pasara lo contrario cuando Ri aumenta el offset de salida disminuye es un proceso que se puede observar en la gráfica 2 y utilizando los datos de tabla 3 Conclusiones
Cálculo teórico para el offset de entrada y salida utilizando el circuito dado en multisim con los valores de resistencias Ri= 50 KΩ, Rf= 50 KΩ y R´i= 50 KΩ. Imagen 2. Se encontraron los siguientes valores de Offset para el inciso 9 de la practica teniendo Ri=50kΩ, Rf= 50 KΩ y R´i= 50 KΩ. Offset (Entrada) Offset(Salida ) 1.029 mV 138.999 uV Tabla 2. Cálculo teórico para el porcentaje de error de Offset de salida y entrada. Imagen 2.
Tabla de observación del Offset de Salida con respecto a la variación de Rf. Ri 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ Rí 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ Rf 50kΩ 60kΩ 70kΩ 80kΩ 90kΩ 100kΩ Offset Salida
uV
uV
uV 1.219 mV 1.579 mV 1.939 mV Tabla 2. Grafica de Comparación de Offset de Salida respecto a la resistencia Rf. Grafica 2. Tabla de observación del Offset de Salida con respecto a la variación de Rí. Ri 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ Rf 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ 50kΩ Rí 50kΩ 60kΩ 70kΩ 80kΩ 90kΩ 100kΩ Offset Salida 0.138999 mV - 0.937231 mV - 2.013 mV - 3.09 mV - 4.166 mV - 5.242 mV Tabla 2.
Grafica de Comparación de Offset de Salida respecto a la resistencia Rí. Grafica 2. Discusión de Resultados Los datos de la Tabla 2.2 muestra la comparación entre los valores teóricos y los encontrados por medio del programa Multisim con lo cual se observa una pequeña variación entre ellos, lo cual se puede explicar que este tiene un error que hace que el valor teórico varié del ideal sacado del programa multisim. Como se muestra en la tabla 2.3 hay una relación directamente proporcional de la resistencia Ri con respecto al Offset de salida ya que como se observa en la gráfica 2.1 al incrementar Ri aumenta el Offset de salida. Se observa en la tabla 2.4 que hay relación directamente proporcional entre Rf y el Offset de salida ya que al incrementaran Rf el Offset de salida también incrementa, cabe mencionar que el valor de Offset aumenta aún más al incrementar Rf que Ri. Así mismo se puede observar su comportamiento en la gráfica 2.2. Como se muestra en la tabla 2.5 sobre la relación entre la resistencia Rí con el Offset de salida, se observa que al aumentar la resistencia Rí nos dan valores de Offset de salida negativos, esto pasa debido a que el amplificador entra en una configuración llamada realimentación negativa con lo cual a la salida nos da voltajes negativos, esto no quiere decir que tengamos perdidas, sino que esto es debido a un cambio de fase que tiene a la salida.
Grafica 3.1: Circuito armado en Multisim
A) Voltaje de salida en función de las variables V1, V2, Ri y Rf. 𝑣+^ = 𝑣−^ = 𝑣 1 ; 𝑖+^ = 𝑖−^ = 0 𝑖 1 = 𝑖 2 𝑣 1 − 𝑣 2 𝑅𝑖
B) Tensión offset de entrada Grafica 3.2: Tensión offset de entrada Multisim Tensión offset de entrada es de 1.122 mV
E) Parámetros de salida correspondientes a la entrada inversora Grafica 3.5: Parámetro salida, entrada inversora Multisim Salida correspondientes a la entrada inversora es de: 3mV F) Parámetro de salida correspondientes a la combinación de ambas entradas Grafica 3.6: Parámetro salida, ambas entradas Multisim Salida correspondientes a combinación de ambas entradas es de: 7mV
Tabla 3.1: Mediciones y sus errores Medición Teórico práctico error [%] Vo [mV] No Inversora 10 9.999 0. Vo [mV] Inversora 3 3 0 Vo [mV] Total 7 7 0 Discusión De Resultados Analizando el circuito se dedujo el voltaje de salida en función de las variables V1, V2, Ri y Rf. Así también los datos de los voltajes mediante el software Multisim podemos observar que en la Gráfica 3.2 obtuvimos una tensión offset de entrada de 1.122 mV y en la Gráfica 3.3 obtuvimos una tensión offset de salida de - 2.552 V. Así mismo para calcular los parámetros de salida correspondientes a las entradas podemos observar que en la Gráfica 3.4 obtuvimos una salida correspondiente a la entrada no inversora de 9.999 mV, en la Gráfica 3.5 obtuvimos una salida correspondiente a la entrada inversora de 3mV y por último en la Gráfica 3.6 obtuvimos una salida correspondiente a la combinación de ambas entradas de 7mV. Finalmente, en la Tabla 3.1 se puede observar las medidas teóricas y experimentales de los voltajes, por lo cual se puede notar que son valores aceptables, ya entre voltajes teóricos y experimentales del Vo de la entrada no inversora existe un error de 0.01% y en un 0% en el Vo de la entrada inversora y en el Vo total.
¿Cuál es la ganancia debido a la entrada no inversora? 𝐴 1 = (
¿Cuál es el voltaje de salida debido a la entrada inversora? Debido a que si v1=0 , el amplificador queda en la configuración inversora: 𝑣𝑥 − 𝑣 2 𝑅𝑖
¿Cuál es la ganancia debido a la entrada inversora? 𝐴 2 = −
¿Cuál es el voltaje de salida de la combinación de ambas entradas? 𝑣 0 =
Compare las ganancias obtenidas para ambas entradas. 𝐴 2 = −
¿Están en fase las señales de entrada y salida? No, la señal de salida se mantiene en la misma fase de la señal de entrada solo que amplificada, porque no hay ningún factor de la entrada que este afectando a la de salida. ¿Si no hay señal de modo común, cual es el valor de la CMRR? CMRR aumenta correspondientemente e iría a infinito. ¿Qué utilidad le puede dar a este circuito? El amplificador diferencial (AD) es un circuito pensado para amplificar la diferencia de dos señales. Es una base fundamental para la electrónica analógica. Los amplificadores operacionales y comparadores de tensión se basan en él. Así mismo, los multiplicadores analógicos, empleados en calculadoras analógicas y en mezcladores, están basados en pares diferenciales. En Electrónica digital, la tecnología ECL se basa en un par diferencial.
