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• Carlos Campuzano

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Práctica 1. Configuraciones operacionales

básicas

de

los

amplificadores

OBJETIVOS: Familiarizar al estudiante con algunas configuraciones básicas de los amplificadores operacionales y conocer su comportamiento. Familiarizar al estudiante con el manejo del equipo frecuentemente utilizado en el laboratorio. INTRODUCCIÓN: Los amplificadores operacionales son dispositivos electrónicos de muy alta ganancia, a los cuales en general se les adiciona un lazo de retroalimentación para controlar las características de su ganancia. El amplificador operacional es utilizado para realizar una amplia gama de funciones lineales (aunque también puede realizar algunas no lineales) y es a menudo referido como el circuito integrado lineal básico. El nombre que se le da a este tipo de dispositivos se debe a que además de amplificar la señal que recibe a su entrada, puede realizar operaciones matemáticas sobre ella. Esas operaciones pueden ser desde operaciones lineales como suma, multiplicación o integración, hasta operaciones no lineales como la obtención de un logaritmo. El esquema básico se presenta en la figura 1.1, donde se observa que posee don entradas: V1 (entrada inversora) y V2 (entrada no inversora), y una sola salida Vsal. Como características adicionales, se tiene que este dispositivo debe ser alimentado por dos fuentes de voltaje de distinta polaridad V+ y V-, las cuales generalmente son de la misma magnitud.

Debido a su capacidad para realizar operaciones matemáticas, ha sido ampliamente utilizado en sistemas de control para la construcción de los denominados controladores analógicos.

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Una forma de representar el funcionamiento de los amplificadores operacionales es mediante la función de transferencia del circuito armado. De acuerdo con la figura 1.2 la función de transferencia del circuito está dada por:

Donde Z1 y Z2 son las impedancias de los elementos externos al amplificador operacional y son quienes definen su funcionamiento. Típicamente estas impedancias son resistencias y capacitores.

MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR: DISCRIPCIÓN Resistencia de 100KΩ Resistencias de 10KΩ Resistencias de 1KΩ Resistencias de 3.3KΩ Capacitor de 100µF Amplificador operacional LM741 Tarjeta de cableado rápido (protoboard) Osciloscopio digital Generador de funciones Fuente de voltaje bipolar

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CANTIDAD 1 4 2 1 1 1 1 1 1 1

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DESARROLLO: Sección 1 a) Conectar el circuito de la figura 1.3 polarizando el amplificador operacional con ±15V y una señal senoidal de entrada de 1 Vpp en Vi a una frecuencia de 10 Hz. Utilice las siguientes combinaciones para el valor de las resistencias R 1 y R2: R1 = 10kΩ y R2 = 10 kΩ i) ii) R1 = 10kΩ y R2 = 100 kΩ iii) R1 = 10kΩ y R2 = 1 kΩ iv) R1 = 1kΩ y R2 = 100 kΩ

b) Registrar cómo son las salidas respecto a las entradas para cada una de las relaciones de resistencias propuestas en el circuito inversor. c) Determinar cual es la función de transferencia del operacional de la figura 1.3. Sección 2

d) Construya el circuito de la figura 1.4 polarizando el amplificador operacional con ±15V y con R1 = R2 = R3 = 10KΩ, R4 = 3.3KΩ y R5 = 1KΩ aplicando las siguientes señales: a. Ve1 = senoidal de 1Vpp a 10Hz y Ve2 = 0 V b. Ve1 = senoidal de 1Vpp a 10Hz y Ve2 = 5 V c. Ve1 = 0 V y Ve2 = 5

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Sección 3

e) Arme el circuito de la Figura 1.5 polarizando con ±15V y con C1 = 100µF y R1 = 100kΩ. Aplique diferentes señales de entrada: i) Señal de entrada escalón de 1V. ii) Un tren de pulsos de 10Hz y 1Vpp de amplitud aplicado en la entrada. iii) Una señal senoidal de 1Vpp y 10Hz de frecuencia f) Obtenga las gráficas de entrada y salida en una misma imagen para comparar los resultados, verificando la función del circuito. Sección 4

g) Arme el circuito de la Figura 1.6 polarizando con ±15V y con C1 = 100µF y R1 = 100kΩ. Aplique diferentes señales de entrada: i) Señal de entrada escalón de 1V. ii) Un tren de pulsos de 10Hz y 1Vpp de amplitud aplicado en la entrada. iii) Una señal senoidal de 1Vpp y 10Hz de frecuencia h) Obtenga las gráficas de entrada y salida en una misma imagen para comparar los resultados, verificando la función del circuito.

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CUESTIONARIO: 1. ¿Como son las salidas respecto a las entradas para cada una de las relaciones de resistencias propuestas en el circuito inversor en la Figura 1.3? 2. ¿Cuál es la función de transferencia del circuito de la Figura 1.3? 3. ¿Qué se observa en las señales de salida obtenidas en el circuito 1.4? 4. ¿Cuál es la función de transferencia del circuito de la Figura 1.4? 5. ¿Qué pasa con la amplitud de la señal de salida conforme se aumenta la frecuencia de la señal de entrada en el circuito de la Figura 1.5? 6. ¿Cuál es la función de transferencia del circuito de la Figura 1.5? 7. ¿Qué pasa con la amplitud de la señal de salida conforme se varía la frecuencia de la señal de entrada en el circuito de la Figura 1.6? 8. ¿Cuál es la función de transferencia del circuito de la Figura 1.6?

CONCLUSIONES: Tomando como referencia la teoría de amplificadores operacionales y los ejercicios desarrollados en la práctica, elabore un reporte escrito donde se concluya sobre: - Las distintas configuraciones y sus aplicaciones. - La importancia del elemento de retroalimentación. - Las relaciones que se generan entre entrada y salida de los circuitos montados.

REFERENCIAS Requerida [1] Ingeniería de Control Moderna, Katsuhiko Ogata, Pearson Educación S.A. 2010, Quinta Edición. [2] Sistemas de Control Automático, Benjamin C. Kuo, Prentice Hall. 1996 Séptima Edición.

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