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• Alex Satuquinga

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE 2016 – Marzo 2017

I.

PORTADA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial “Práctica de Laboratorio ¨”

Título:

CIRCUITO DIFERENCIADOR E INTEGRADOR

Carrera:

Ingeniería en Electrónica y Comunicaciones

Área Académica:

Electrónica y Comunicación

Línea de Investigación:

Electrónica

Ciclo Académico y Paralelo:

Sexto “A”

Alumnos participantes:

Guilcaso Jessica Pastuña Henry Ruano Bryan

Módulo y Docente:

Comunicación Analógica Ing. Giovanni Brito

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II. INFORME 1. PP 2. YY 2.1 Título AMPLIFICADORES OPERACIONALES 2.2 Objetivos Objetivo General:  Armar un circuito diferenciador paso alto e integrador y analizar las señales de entrada y salida mediante el osciloscopio. Objetivos Específicos:  Armar en la protoboard el circuito diferenciador e integrador con las respectivas resistencias, capacitores y el amplificador operacional.  Calcular la ganancia de voltaje y frecuencia de corte del amplificador inversor. 

Visualizar en el osciloscopio la señal de salida (voltaje de salida) y comprobar los valores de voltaje mostrados con los respectivos cálculos realizados.

 Calcular la ganancia de voltaje y la frecuencia de corte de cada circuito a implementarse.  Construir el circuito con las respectivas resistencias, capacitor y Amplificador Operacional.  Demostrar el funcionamiento de un circuito diferenciador como pasa –altos a diferentes valores de frecuencia.  Demostrar el funcionamiento de un circuito integrador como pasa – bajos a diferentes valores de frecuencia.  Verificar la atenuación de la señal tanto del circuito diferenciador e integrador a partir de la frecuencia de corte en el osciloscopio 2.3 Resumen En el presente informe se realizarán los análisis matemáticos y experimentales de las medidas exactamente de los voltajes de salida de cada circuito a implementarse, también se debe realizar el análisis matemático de la frecuencia de corte y a la vez analizar qué es lo que sucede si la frecuencia es mayor a la frecuencia de corte establecida mediante la ecuación que determinan los experimentos. Los análisis experimentales se los puede realizar con la ayuda de un Osciloscopio en el cual se puede visualizar de mejor manera los resultados de la práctica. Palabras clave:  Amplificador, frecuencia de corte, ganancia, atenuación, pasa bajo. 2.4 Introducción

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Los filtros son circuitos capaces de controlar las frecuencias permitiendo o no el paso de estas dependiendo de su valor. Se llaman activos ya que constan de elemento pasivos (células R-C) y elementos activos como el OP-AMP ya estudiado. Las células R-C están compuestas por una resistencia y un condensador (en las estructuras a tratar) y dependiendo del numero de estas células usadas se determinara el orden del filtro así como su respuesta y su calidad. El funcionamiento de las células se basa principalmente en su actuación como divisor de tensión. Al aumentar la frecuencia de señal, la reactancia del condensador disminuirá y entrara mas o menos tensión al OP-AMP, dependiendo de si pasa altos o pasa bajos respectivamente. Para cualquier tipo de filtros se emplean las siguientes definiciones: Frecuencia de corte: es aquella en que la ganancia del circuito cae a -3 db por debajo de la máxima ganancia alcanzada. En los filtros pasa y elimina banda, existen dos: una superior y otra inferior. Banda pasante: conjunto de frecuencias de ganancia superior a la de corte en un margen menor o igual a 3 dB. 2.5 Materiales y Metodología Descripción Osciloscopio Fuente de voltaje DC a 12V Fuente de voltaje DC a -12V Resistor de 10KΩ Resistor de 27KΩ Resistor de 5.6KΩ Capacitor de 33nF Amplificador Operacinal LM741 Cables de conexión

Cantidad 1 1 1 4 1 1 1 1 -

Metodología Amplificadores Operacionales

El op-amp (Figura 1) es un dispositivo que funciona en modo diferencial. En funcionamiento lineal la tensión de salida es igual a la diferencia de las tensiones de entrada multiplicada por la ganancia, verificando:

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Figura 1.- Amplificador Operacional Un amplificador operacional (A.O.) es un circuito 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-), donde + es le terminal de entrada no inversora y – terminal de entrada inversora. Originalmente los A.O se empleaban para operaciones (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.) en calculadoras analógicas. De ahí también su nombre. El termino "Analógico" se refiere a las magnitudes o valores que varían con el tiempo en forma continua como la distancia y la , la , que podrían variar muy lento o muy rápido como un sistema de audio. El símbolo de un A.O. es el mostrado en la siguiente figura: Los terminales son: V+: entrada no inversora V-: entrada inversora Vout: salida Vs+: alimentación positiva Vs-: alimentación negativa Internamente el Amp. Op. (Op Amp) contiene un gran número de transistores, resistores, capacitores, etc. [1]

Amplificador Operacional LM741 Referencia: UA741CP Amplificador operacional de propósito general. Versión fabricada por TI del LM741.Amplio rango de alimentación, ancho de banda 1 MHz, alta ganancia, entradas de ajuste de offset. Original

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[2] Un filtro activo paso bajo con amplificador operacional y los filtros activos en general, se diferencian de los filtros comunes, en que estos últimos son solamente una combinación deresistencias, capacitores e inductores. En un filtro común, la salida es de menor magnitud que la entrada. En cambio los filtros activos se componen de resistores, capacitores y dispositivos activos como Amplificadores Operacionales o transistores. En un filtro activo la salida puede ser de igual o de mayor magnitud que la entrada. [3] Clasificación Dependiendo del rango de frecuencias de la banda de paso, los filtros se clasifican en: Filtros pasa bajas, permiten el paso de frecuencias que estén por debajo de una frecuencia de corte especificada y atenúa las frecuencias que estén por arriba de dicha frecuencia. Filtros pasa altas, permiten el paso de frecuencias que estén por encima de una frecuencia de corte y atenúa las frecuencias que estén por debajo de dicha frecuencia.

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Filtros pasa banda, tienen una banda de paso entre dos frecuencias de corte, una inferior y otra superior. Filtros ranura, rechaza una banda estrecha de frecuencias y deja pasar las otras. En particular es útil para eliminar una frecuencia específica (por ej. 60 Hz).

Filtro pasa bajo: Los filtros activos se diferencian de los filtros comunes, en que estos últimos son solamente una combinación de resistencias, capacitores e inductores. En cambio los filtros activos se componen de resistores, capacitores y dispositivos activos como Amplificadores Operacionales o transistores. En un filtro activo la salida puede ser de igual o de mayor magnitud que la de entrada.

Curva de respuesta de un filtro Paso bajo. Las líneas discontinuas rojas representan el filtro paso bajo ideal Ganancia y frecuencia de corte de un filtro activo paso bajo Ganancia de voltaje: 𝐴𝑣 = Frecuencia de corte: 𝑓𝑐 =

𝑅2 +1 𝑅1

1 2𝜋𝑅1𝐶1

Filtro Pasa bajo no inversor El circuito de un filtro no inversor pasa bajos activo de primer orden es el siguiente

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2.6 Procedimiento  Primeramente, se implementó el circuito del experimento de la practica 1, para así determinar teóricamente la frecuencia de corte del circuito a partir de los valores nominales del capacitor y resistencia, con la utilización del osciloscopio vamos a visualizar el voltaje de salida de la señal, medimos el voltaje pico y a la vez determinamos la frecuencia de corte experimentalmente.  En el circuito del experimento 2, se procederá a armar el circuito establecido ocupando cada uno de los elementos, para determinar la frecuencia de corte ocupamos los valores nominales del capacitor y resistencia, para visualizar el valor de la onda de salida utilizaremos el osciloscopio y obtendremos teóricamente aplicando las ecuaciones que establece la práctica. 2.7 Resultados y Discusión  En el circuito diferenciador se analizó que mientras se aumenta la frecuencia Xc decrece, si existiese ruido en la entrada, este también se verá amplificado lo que provocaría a que el circuito empieza a ser inestable, por lo tanto, la resistencia que se encuentra en serie con el capacitor sería quien delimite la ganancia a altas frecuencias y esta proveerá la estabilidad del circuito.  Sé implementó los circuitos tanto integrador como diferenciador obteniendo las respectivas señales de salida (voltaje de salida)  Obtuvimos los voltajes de salida de cada experimento establecido; en el diferenciador el voltaje depende de la resistencia, así como también en el integrador.  Se demostró que a ciertas frecuencias exactamente menores a las frecuencias de corte el circuito integrador funciona como un amplificador inversor, dado que la ganancia que se obtuvo a partir de las ecuaciones mostradas en el experimento se mantiene constante en un lapso de tiempo.

2.8 Conclusiones  Al armar el circuito establecido respetando las entradas y salidas del Amplificador Operacional LM741 obtuvimos un filtro pasa bajo no inversor con resistencias y un capacitor.  Mediante los cálculos obtuvimos la frecuencia de corte a la cual empieza atenuarse la señal.  En el filtro pasa bajo las señales menores a la frecuencia de corte es permitida y a frecuencias mayores que la frecuencia de corte es rechazada la señal, esta empieza a atenuarse.

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Bibliografía

[1] M. A. P. Fernandez, «Monografias,» 13 Marzo 2010. [En línea]. Available: http://www.monografias.com/trabajos45/amplificadoresoperacionales/amplificadores-operacionales2.shtml. [Último acceso: 15 Diciembre 2016]. [2] electronicoscaldas, «electronicoscaldas,» [En línea]. Available: http://www.electronicoscaldas.com/amplificadores-operacionales/140-amplificadoroperacional-lm741-ua741.html. [Último acceso: 15 Diciembre 2016]. [3] Unicrom, «Unicrom,» 12 Abril 2011. [En línea]. Available: http://unicrom.com/filtroactivo-paso-amplificador-operacional/. [Último acceso: 15 Diciembre 2016].

Fotografías y gráficos:

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