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Fase 3 - Presentar solución al problema del mezclador de señal con amplificador operacional

Antony Genaro Pava Bayona Código: 1.093.908.934

Presentado a: Jorge Eliecer Ramírez

Universidad Nacional Abierta y a Distancia - UNAD Electrónica Análoga CEAD BUCARAMANGA 14-sept.-19

Introducción. Con esta actividad como se puede ver podemos evidenciar el paso a paso del funcionamiento de un interruptor crepuscular en donde se realiza una serie de filtros para su buen funcionamiento se adelantaran las actividades por semanas donde cada uno de los estudiantes realizara sus aportes mediante el análisis al circuito.

Objetivos: 

Plantea teóricamente un funcionamiento del circuito a trabajar.



Realizar los cálculos pertinentes a cada uno de los componentes del circuito.



Tomar conocimiento de las aplicaciones y funcionamiento de cada uno de los elementos usados.



Analizar la transformación o el cambio de corriente alterna a continua.



Realizar un sistema de filtrado para que la señal este limpia de ruidos.

Fase 3 - Presentar solución al problema del mezclador de señal con amplificador operacional

Suponga que trabaja para una compañía que diseña, prueba, fabrica y comercializa instrumentos electrónicos. Su tercera asignación es presentar trabajando en equipo con cuatro compañeros, una solución llamada mezclador de señal con amplicador operacional, el cual permite combinar la información de varias señales provenientes de fuentes diferentes y entregar una salida a través de un único canal, un ejemplo de esto se puede apreciar al escuchar a través de un equipo de sonido las voces provenientes de varios micrófonos. Para lograr tal fin, cuentan con el amplificador operacional LM324, una fuente dual de +-9VDC y tres señales de entrada sinusoidales con los siguientes parámetros:

V1= 1Vp, 1Khz. V2= 2Vp, 500Hz. V3= 1Vp, 3Khz.

El equipo de trabajo cuenta con 3 semanas para presentar un informe a la empresa, en él mismo, es obligatorio se evidencie una fundamentación teórica, una argumentación y la validación de la solución. Además, de ser aprobada la propuesta, se deberá realizar una implementación real y para ello se contará con acceso a los laboratorios. Individuales:

1.

Fundamentación Teórica.

(Primera Semana) El amplificador operacional es un elemento que le ponemos una señal electrónica y amplia la señal con algún tipo de ganancia, su símbolo es un triangulo y tiene una entrada positiva y una negativa, además tiene dos fuentes de alimentación ya sea voltaje + o negativo y al final una salida. Los Amplificadores operacionales tiene una ganancia alta. Tiene retroalimentación y contiene una entrada diferencial y es opuesto a la

bipolar. El amplificador operacional este compuesto por I=0 no hay corriente, y el voltaje de salida es igual al voltaje de entrada, o mas bien de una ganancia muy alta.

El amplificador operacional en modo comparador lo que hace es que si la entrada inversora o la entrada no inversora nos dice por donde debe ir el voltaje, si en la parte negativa o la parte positiva. Nos dará en la salida la ganancia que nos dé más tensión. El amplificador inversor

Se hace una análisis nodal, Vn = 0 𝑉𝑖 −

𝑉𝑖𝑛 𝑉0 + 𝑉𝑖 − + 𝐼1 = 0 𝑅𝑖 𝑅𝑓

𝑉𝑖 −

𝑉𝑖𝑛 𝑉0 + 𝑉𝑖 − =0 𝑅𝑖 𝑅𝑓 𝑉𝑛 = 𝑉𝑖 = 0 −

𝑉𝑖𝑛 𝑉0 = 𝑅𝑖 𝑅𝑓

𝑉𝑖𝑛(−𝑅𝑓/𝑅𝑖) = 𝑉0 (−𝑅𝑓/𝑅𝑖) = 𝑉𝑜/𝑉𝑖𝑛)

No es mas que el signo (-) hay un cambio de fase o polaridad

Amplificador no inversor

La señal o voltaje de entrada se esta aplicando por el terminal no inversor.

Nodo a la entrada no inversora 𝑉𝑛 −

𝑉𝑖𝑛 + 12 = 0 𝑅𝑛

𝑉𝑛 −

𝑉𝑖𝑛 =0 𝑅𝑛

𝑉𝑛 = 𝑉𝑖𝑛 𝑉𝑛 = 𝑉𝑖𝑛 𝑉𝑖 𝑉0 + 𝑉𝑖 − + 𝐼1 = 0 𝑅𝑖 𝑅𝑓 𝑉𝑖 𝑉𝑖 𝑉𝑜 + = 𝑅𝑖 𝑅𝑓 𝑅𝑓 𝑉𝑖(1 + (𝑅𝑓/𝑅𝑖) = 𝑉𝑜 1+

𝑅𝑓 𝑉𝑜 = 𝑅𝑖 𝑉𝑖𝑛

Amplificador operacional sumador

El voltaje de salida es igual a la suma de los voltajes.

Amplificador como restador o diferenciador

Se utiliza para acople de fuentes diferenciales, eliminar o se anula el ruido. El Vin1-Vin2 = Vo Amplificador operacional comparador

No esta conectado a una fuente, en este caso de lazo abierto el voltaje de salida es muy alto. Cuando el voltaje de salida es positivo, multiplicado por una ganancia muy grande Si ocurre lo contrario si Vi >Vn Vo=A(numero negativo)

Lo máximo que puede entregar es el voltaje con que se esta alimentando, cuando el voltaje de la entrada no inversora > voltaje entrada inversora la salida es muy alto y esta es el voltaje de la fuente positiva. 1. Cuando el voltaje de la entrada inversora > a la no inversora la salida del amplificador dará como resultado el voltaje de la fuente con polaridad negativa y cuando estos son iguales la salida será 0.

2.

Fundamentación Teórica.

Figura No. 1. Diagrama Esquemático del Mezclador Fuente: Autor. 1.1. Luego de la lectura de los recursos educativos requeridos para la Unidad 3, Cada estudiante debe describir con sus propias palabras la teoría de funcionamiento del circuito anterior. Argumentación. (Segunda Semana).

1.1 Argumentar matemáticamente el diseño presentado dando respuesta a lo que a continuación se solicita:

-Estudiante 1: a.) Identifique el tipo configuración del amplificador U1:B, calcule el valor de R5 para que tenga una ganancia de 2 y el valor de voltaje de salida.

Es un amplificador de lazo cerrado de la forma inversor ya que existe una resistencia entre la entrada inversora y salida de voltaje. La entrada no inversora a tierra V1= ganancia de 1V y frecuencia de 1Khz Según las propiedades de los amplificadores: La impedancia es muy muy alta 𝐼+ = 𝐼− = 0

𝑉^+= 𝑉^ − En este circuito en particular 𝐼1 = 𝐼2

𝑉𝑖𝑛 𝑉𝑜𝑢𝑡 =− 𝑅𝑖𝑛 𝑅5

Y podríamos decir que esta es la ganancia ;Av 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑅5 =− 𝑉𝑖𝑛 𝑅𝑖𝑛

Por tal motivo que la ganancia esta sujeta a esta resistencia si quiero ganancia de 2 𝑅5

Entonces − 𝑅10𝑘

𝑅5

Debería ser 𝐴𝑣 = − 10𝐾 = si quieres ganancia en 2 pues

2 ∗ 10 = 𝑅5 =

20 𝐾𝑜ℎ𝑚

Por lo cual la señal de salida seria ampliada de acuerdo a la división de estas dos resistencias. V1= ganancia de 1V y frecuencia de 1Khz 20 𝐾

La amplificación seria 2 = − 10𝐾

Por lo tanto ampliación

2𝑉 1𝑉

= 2𝑉

-Estudiante 2: b.) Identifique el tipo configuración del amplificador U1:C y describa él porque es útil usar este tipo de configuración mencione alguna aplicación y cuál es el voltaje de salida.

la ganancia en lazo cerrado vale 1 Vo=Vi Se inyecta una señal de Va=2v y frecuencia = 500 hz y dice que es seguidor por que esta misma frecuencia continua con las mismas características en Vo el voltaje de salida es igual a 2V

Esto sirve para el acoplamiento de impedancias por que mantiene una impedancia de entrada muy muy alta y tener la impedancia a la salida demasiada pequeña casi a 0

-Estudiante 3: c.) Identifique el tipo configuración del amplificador U1:D, calcule el valor de R7 para que tenga una ganancia de 3 y el valor del voltaje de salida.

Esta configuración es inversor. 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛

𝑅𝑓

= − 𝑅𝑖𝑛

Teniendo en cuenta la anterior formula 𝑅𝑓

10𝐾 = − 10𝐾 =

3 ∗ 10 𝐾 = −𝑅𝑓

30 𝐾 = −𝑅𝑓

Por lo tanto la ganancia en el voltaje de 1V es igual a 3 V Y la ganancia en la frecuencia seria de 9kHz

-Estudiante 4: d.) Identifique el tipo configuración del amplificador U1:A y calcule el valor de R4 para que tenga una ganancia de 1.

Tiene tres resistencia conectadas a la terminal inversora que le permite sumar cada una de las señales de entrada. Por lo tanto es un sumador inversor. Existen tres corrientes y una cuarta corriente recorriendo la resistencia de retroalimentación. 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3 = 𝐼4

𝑉1 − 𝑉𝑥 𝑉2 − 𝑉𝑥 𝑉3 − 𝑉𝑥 𝑉𝑥 − 𝑉0 + + = 𝑅1 𝑅2 𝑅3 𝑅𝑓 𝑉𝑥 = 0 𝑉1 𝑉2 𝑉3 𝑉𝑜 + + = 𝑅1 𝑅2 𝑅3 𝑅𝑓

𝑉𝑜 = −𝑅𝑓 (

𝑉1 𝑉2 𝑉3 + + ) 𝑅1 𝑅2 𝑅3

si las resistencia son diferentes 𝑉𝑜 = −

𝑅𝑓 𝑅

(𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3)

En este caso todas las resistencia tienen el mismo valor y la ganancia seria 𝐴𝑐𝑙 = 1 = −

𝑅𝑓 = 𝑅

1 ∗ 100 = 𝑅𝑓 = 100 𝐾𝑜ℎ𝑚

la resistencia R4 = 100 Kohm

-Estudiante 5: e.) Calcular el voltaje de salida del amplificador U1:A.

Vo=(V1+V2+V3) Vo=(2V+2V+3V) Vo=7V

2.

Solución.

(Tercera semana)

2.1 Cada estudiante debe presentar la simulación del mezclador de señal con Amp Op propuesto en la que se evidencie el correcto funcionamiento y las siguientes mediciones usando el osciloscopio.

-

Amplitud de la señal de salida del amplificador U1: B

-

Amplitud de la señal de salida del amplificador U1: C

-

Amplitud de la señal de salida del amplificador U1: D

-

Amplitud de la señal de salida del amplificador U1: A

Concluciones: Con la realizacion de esta activida se pudo observar y analizr cada uno de los componentes del circuito donde podemos colocar en practicas los conocimientos adquiridos y tambien realizando investigaciones para alimentar el conocimiento para asi lograr en nuetro cambo una solucion a cualquier problema propuesto.