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“AMPLIFICADOR INVERSOR Y NO IMVERSOR”

INTRODUCCIÓN Los amplificadores operacionales son circuitos cuyas características de funcionamiento los hacen muy versátiles, y con ellos se pueden resolver diversos tipos de problemas relacionados con el procesamiento de señales electrónicas. Dos de las configuraciones ampliamente empleadas son las conocidas como amplificador inversor y amplificador no inversor, que son los circuitos que se analizarán y se verificará su funcionamiento en esta práctica.

Gráfico 1

Amplificador Inversor: El amplificador inversor amplifica e invierte una señal de corriente alterna. En este caso la señal alterna de entrada sale amplificada en la salida, pero también desfasada 180° (invertida). La ganancia de tensión se obtiene con la fórmula: −V out AV = V¿

y

−R2 AV = R1

MARCO TEÓRICO Amplificador operacional: Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): VOut = G•(V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta. El símbolo de un amplificador es el mostrado en la imagen 1:

Gráfico 2

Las magnitudes de las señales alternas se pueden medir en tensión pico, pico-pico o RMS. Amplificador No Inversor: En un amplificador operacional configurado como amplificador no inversor, la señal a amplificar se aplica al pin no inversor (+) del mismo. Como el nombre lo indica, la señal de salida no está invertida respecto a la entrada.

calcularon las resistencias y obtuvieron los siguientes valores: R1 = 220Ω Gráfico 3

Del gráfico 3 se ve que la tensión en R1 es igual a:

(

V R 1=

R1 ∗V Out R1 + R2

)

se

R2 = 10kΩ

La señal de entrada es de 200mVpp en corriente alterna, de esta forma obtuvimos la amplificación en la salida, la cual debía de ser de 10V. (Ver gráfica 1) Vo =

−10 k ( 200mV )=−10 V 200

En operación normal la tensión entre las entradas (inversora y no inversora) es prácticamente cero, lo que significa que la entrada Ven es igual a VR1. Entonces con VIn = VR1, y con la formula anterior:

(

V ¿=

R1 ∗V Out R 1 + R2

)

Gráfica 1

Despejando para VOut / VIn. AV =

V O R 1 + R2 R 1 R 2 = = + VI R1 R1 R1

Entonces:

A V =1+

R2 R1

De la anterior fórmula se deduce que la ganancia de tensión en este tipo de amplificador será de 1 o mayor. DESARROLLO Para el primer inciso se utilizó un amplificador no inversor, se

Esquemático1

Para el segundo inciso de la práctica, se tuvo que diseñar un circuito amplificador en el cual se pudiera generar una corriente en la segunda resistencia máxima de 8mA; debido a que debía ser de 8mA o por debajo (“máximo 8mA”) decidimos hacerlo

para 5mA; los cálculos fueron los siguientes: R=

V i 5V = =1000Ω=1 kΩ i 5 mA

Como se puede observar en la Gráfica 2, nuestra corriente máxima fue de 5mA debido a que así fue como se calculó en circuito. Notamos que al aumentar el voltaje la corriente igual incrementaba, pero esto se debe a que la Ley de Ohm los relaciona directamente y no se puede evitar esa relación lineal.

el mínimo valor de la primera resistencia (10kΩ) y sacamos el 25% de la misma, se lo restamos y así obtuvimos el valor de la segunda resistencia: Vo = Vin – 25% Si Vin = 5V… Vo = 3.75V Entonces, si R1 = 10kΩ, R2 = R1*0.75 ya que necesitamos que la salida solamente sea el 75% de la señal de entrada y esta relación de resistencias nos ayudan a cumplir esa condición. Por lo tanto: R2 = 10kΩ*0.75 = 7.5kΩ Como no se tenía el valor exacto de la resistencia, se utilizaron dos resistencias de 15kΩ conectadas en paralelo, por lo que: R=

Gráfica 2

1 1 1 + R 1 R2

=

1 1 1 + 15 k 15 k

=7.5 k Ω

Y de esta forma, obtuvimos que la señal de salida macara solamente el 75% de la señal de entrada, siendo Vin = 5V y Vo = -3.5V(voltaje de salida negativo, debido a la entrada inversora). (Observar Gráfica 3). Esquemático 2

Finalmente, en el tercer inciso se diseñó un circuito amplificador con una ganancia del -25% conforme a la señal de entrada, se tenía una restricción la cual marcaba que el valor de la resistencia uno debía ser igual o mayor a los 10kΩ. Tomamos

Gráfica 3

Esquemático 3

CONCLUSIONES El uso de amplificadores operacionales en sistemas de control es básico, así que es vital conocer las configuraciones de las operaciones y aplicaciones en los operacionales. Toda configuración da una salida diferente, por ello es que como estudiantes de ingeniería (futuros ingenieros) aprendamos a conocer cómo pedirle a un amplificador operacional que cumpla con cierta demanda que se requiera del mismo. La práctica fue bastante sencilla debido a que ya conocíamos los

circuitos que se emplearon, simplemente era cuestión de saber cuál utilizar dependiendo de lo que se nos pidiera y calcular los valores tanto de las resistencias como de los voltajes de entrada para obtener los resultados esperados. Seguimos conociendo más funcionalidades de los amplificadores operaciones y aplicándolas en sistemas, de esta forma nos permitimos saber y conocer suficientes aplicaciones de los mismos que en un futuro, trabajando en la industria, nos pueden ayudar a resolver problemas, mejorar o simplemente aplicarlos. BIBLIOGRAFÍA “Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales”, F. Coughlin Robert y F. Driscoll Frederick, 5ª. Edición.