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• Kevin Medina Villagomez

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

CURSO:

LABORATORIO: CIRCUITOS ELÉCTRICOS 2 LABORATORIO Nº 6 PARÁMETROS Y RESPUESTA DE UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL

ALUMNOS: MAMANI QUISPE VICTOR ANDRES

CUI: 20102484

AREQUIPA- PERÚ 2014

PARÁMETROS Y RESPUESTA DE UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL I.

OBJETIVO:   CE II

Reconocer las propiedades de los amplificadores Operacionales y calcular e identificar sus características principales. Identificar las configuraciones básicas de Amplificadores Operacionales. Páá giná 1

 II.

Emplear adecuadamente programas de Simulación de Circuitos y MATLAB. MARCO TEÓRICO PREVIO:

a)

Indique cuáles son las características típicas del Amplificador Operacional Ideal y compárelas con los datos suministrados por la hoja de datos del fabricante del OPAMP μA 741. En el caso de un OPAMP ideal, se tratan de valores a los que se desea llegar. Para el caso de la Ganancia se limita entre sus valores de alimentación positivo y negativo. El OPAMP uA741 tiene una arquitectura de diseño idéntica al Widlar’s 309 de Op Sys – Ampl., pero existe una diferencia: se trata de un condensador interno fijo de la remuneración, el cual permite que este OPAMP trabaje sin ningún elemento de circuito adicional externo. La otra diferencia es que podemos hallar un par de transistores adicionales para protección contra cortocircuito. Además este OPAMP tiene un amento de aproximadamente 250.000.

b)

¿Qué relación nos mide el parámetro CMRR? Un amplificador operacional puede generar una salida “infinitesimal” al aplicársele la misma señal a ambas terminales de entrada (llamado Modo Común) pero esto significa un defecto de operación del OPAMP. A la capacidad de un amplificador operacional para rechazar una señal en modo común se le llama propiedad de rechazo en modo común del amplificador. El hecho de que un amplificador diferencial pueda rechazar una señal común a las dos terminales de entrada se expresa cuantitativamente por medio de la razón de rechazo en modo común (CMRR,common-mode rejection ratio). Esta se define como la proporción entre la ganancia en lazo abierto, Gd, y la ganancia en modo común, Gc.

Ad | tambien suele expresarse en decibeles Ac Ad CMRR=20 log| | PááAcginá 2 los valores tipicos de CMRR oscilan entre 60 y 120 dB CMRR≃|

CE II

c)

Definir los Offset de un OPAMP. Offset en un OPAMP es el voltaje o corriente de Compensación; idealmente, el Voltaje de Compensación es cero (pero esto no se da con un OPAMP real). El voltaje de compensación es el voltaje de entrada diferencial requerido para que nuestro voltaje de salida igual a cero, este voltaje es cero en un OPAMP ideal. El Voltaje o tensión de Offset es causada por la diferencias en las curvas de voltaje y cuando las entradas de un OPAMP están puestas a masa. Al igual que en el anterior, la Corriente de Compensación es la corriente diferencial necesaria para que nuestra corriente de salida sea cero.

d)

¿Qué limitaciones impone en un OPAMP el parámetro SR (Slew Rate)? Este parámetro nos habla de la capacidad del OPAMP para manejar señales cambiantes. La razón de cambio o SR es igual a la tasa máxima a la que la salida del amplificador puede cambiar en voltios por microsegundo (V/us), lo que se muestra a continuación:

SR=

ΔV volts → Δt μs

El parámetro SR (Slew Rate) especifica la tasa máxima de cambio de voltaje de salida cuando se maneja por una señal de paso de entrada que es grande. Al intentar tener el control de la salida a una tasa de cambio de voltaje mayor que SR, posiblemente la salida no será capaz de cambiar con la adecuada rapidez ni tampoco, variar sobre el intervalo completo esperado, resultando en un recorte de señal o distorsión.

e)

Indique por qué los OPAMP prácticos, no tienen ganancia ni ancho de banda infinitos. Generalmente, un OPAMP se construye con el fin de que sea un amplificador de ganancia alta y con amplio ancho de banda. Tal operación resulta ser inestable debido a la retroalimentación positiva. Si nuestro fin es conseguir que se trabaje de manera estable, los amplificadores operacionales se construyen con un circuito de Compensación Interna, la que también ocasiona que la muy alta ganancia de lazo abierto disminuya con la frecuencia creciente. Tal disminución de ganancia es conocida por el nombre de Atenuación Progresiva. La Atenuación Progresiva se presenta en un porcentaje de 20dB por década (-20dB/dec.) ó 6dB por octava (6dB/oct) en la mayoría de OPAMPS.

f)

CE II

Grafique las configuraciones y realice los cálculos teóricos empleando la transformada de Laplace para: (a) Amplificador Inversor, (b) Amplificador Diferenciador y (c) Amplificador Integrador.

Páá giná 3

(a) Amplificador INVERSOR

Rf

4

R

3

6 Vo

+ 7

-

Vi

2

(b) Amplificador DIFERENCIADOR R

R 1/ sC V 0 =−RCsV i enel min iotiempo dv ( t ) v 0 ( t )=− RC i dt

C Vi

4

Vi 2 3

+

=−

-

Vo

Vo

7

do

6

(c) Amplificador INTEGRADOR

Vi

V =− 0 R 1 / sC 1 Vi V 0 =− RC s enel min iotiempo 1 v 0 ( t )=− ∫ v i (t )dt RC

III.

3

6 Vo

7

do

2

+

Vi

-

R

4

C

MATERIAL Y EQUIPO: Una PC con Sistema Operativo WINDOWS XP, MATLAB y Circuit Maker o Multisim.

CE II

Páá giná 4

IV.

PROCEDIMIENTO: R3 12V R1

+

Vo

+ Vi

R2

-

-12V

R4

Figura 1. Amplificador Inversor

1.

CE II

Ejecute la simulación correspondiente y grafique la forma de Onda de Vo para el circuito de la figura 1. R1=R2=R3= 2KΩ, R4= 22KΩ, Vi= 2Vpp 3 KHz.

Páá giná 5

La señal de entrada aparece en la salida con la misma amplitud, pero invertida o desfasada 180 grados. Si la señal ha aparecido al igual que Vi = 2Vpp, esto quiere decirnos que este Amplificador Inversor tiene ganancia: 1, o en otras palabras: no tiene ganancia de voltaje.

2.

Repita la simulación para R3= 8KΩ.

R3= 8KΩ, es la resistencia de la realimentación del circuito.

La señal de salida de nuestro Amplificador Inversor es mucho más grande que la señal de entrada. Por lo tanto, podemos decir que la señal está siendo amplificada hasta un voltaje de: 8Vpp. Esto se debe a que la Resistencia R3 respecto a R1, determina una ganancia de: R3 / R1 = 8KΩ / 2KΩ = 4.

CE II

Páá giná 6

3.

Cambie el valor de Vi a 8Vpp y observe la forma de Onda para Vo.

Tendríamos el mismo caso que en la pregunta 2. La ganancia es de 4, pero la señal sale siempre invertida, debido a las características de este circuito Amplificador Inversor.

4.

Considere que Vi es una señal cuadrada de -2V a 2V, con período de 12 mseg y una anchura de pulso de 6 mseg. Realice la simulación correspondiente y observe Vo. Los resultados parecen ser relativos a los casos anteriores. La señal de entrada es de 4 Vpp y la señal de salida salió invertida: 16 Vpp. La ganancia ha salido también de 4, y esto ha sido determinado por los valores de las resistencias R1 y R3

CE II

Páá giná 7

5.

Ejecute la simulación del circuito de la figura 2. para una onda triangular de 1 Vpp y 400 Hz. Luego varíe la frecuencia a 1 KHz y 30 KHz y grafique la señal Vo de salida para las tres frecuencias.

R2 22k

C1 R1 2.2k 4.7nF

12V +

+ Vi -

-12V

Figura 2. Amplificador Diferenciador Para 400 Hz: CE II

Páá giná 8

Vo

Para 1 KHz:

CE II

Páá giná 9

Para 30 KHz:

CE II

Páá giná 10

V.

CUESTIONARIO FINAL: 1. 2. 3.

¿Qué efecto produce la resistencia de realimentación en un OPAMP? ¿Cuál es la impedancia de entrada y salida de los amplificadores analizados? ¿Por qué es recomendable adicionar una resistencia en serie con el capacitor y qué relación debe tener con la resistencia de realimentación? 4. Indique por qué las señales de salida del amplificador diferenciador cambian al variarse la frecuencia de la señal de entrada. 5. Realice los cálculos y la simulación respectiva para un amplificador Integrador considerando señales cuadradas de 1Vpp y frecuencias de de 10 KHz, 4 KHz y y 100 Hz. Indique por qué las señales son diferentes para estos casos.

CE II

Páá giná 11

100k 2.2nF 12V Vi

10k

+

10k

Para 10 KHz:

Para 4 KHz:

CE II

Páá giná 12

-12V

Vo

Para 100 Hz:

CE II

Páá giná 13

6.

VI.

Indique 05 aplicaciones prácticas de los OPAMPs e ilústrelas.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: Realizando la comparación entre los resultados obtenidos de las gráficas. Indique 05 conclusiones y 05 recomendaciones.

CE II

Páá giná 14