Copia de Práctica 5. Análisis de Circuitos PDF

Preview

Summary

GRUPO 6 BRIGADA NUMERO___6___ CARRERA:Ingeniería mecánica.PRÁCTICA NUMERO 5TITULO Amplificador operacional como integrador y derivador.FECHA DE INICIO 20/05/FECHA DE ENTREGA 29/05/CONTENIDO:· INTRODUCCIÓN ELABORADA POR LOS ALUMNOS· TABLAS· SOLUCION MATEMÁTICA· GRAFICAS PERFECTAMENTE ACOTADAS· RESULT...

Description

GRUPO ___6___ Ingeniería mecánica.

BRIGADA NUMERO___6___

PRÁCTICA NUMERO

5

TITULO

CARRERA:

Amplificador operacional como integrador y derivador.

FECHA DE INICIO FECHA DE ENTREGA

20/05/20 29/05/20

CONTENIDO: ·

INTRODUCCIÓN ELABORADA POR LOS ALUMNOS

·

TABLAS

·

SOLUCION MATEMÁTICA

·

GRAFICAS PERFECTAMENTE ACOTADAS

·

RESULTADOS COMPLETOS QUE DEBERÁN SER RESUELTOS ESTRICTAMENTE

EN EL ORDEN DEL DESARROLLO DE LA PRACTICA ·

CONCLUSION PERSONAL ELABORADA EN UN PROCESADOR DE TEXTOS.

·

TRABAJO PREVIO

NOMBRE DE LOS INTEGRANTES DE LA BRIGADA

Ávila San Miguel Josué

Núñez García Diego CALIFICACIÓN NOTAS IMPORTANTES: ESTA HOJA ES LA CARATULA OBLIGATORIA EN TODAS LAS PRACTICAS Y NO SE RECIBIRA EL REPORTE SIN ELLA AL FRENTE. NO SE RECIBEN REPORTES ATRASADOS

ESTA ES LA CARATULA OBLIGATORIA PARA LA ENTREGA DE TODOS LOS REPORTES, NO SE RECIBIRA EL REPORTE SIN ELLA AL FRENTE. NO SE RECIBEN REPORTES ATRASADOS.

Introducción Un amplificador operacional es un circuito electrónico capaz de incrementar, disminuir o simplemente reproducir una señal variable en el tiempo (generalmente voltaje). Como sabemos cuenta con dos terminales de entrada (inversora y no inversora) con alta impedancia y una terminal de salida con baja impedancia. Además cualquier diferencia de voltaje existente entre ambas terminales de entrada será amplificada en la terminal de salida y tendrá un valor finito. El término de amplificador operacional fue nombrado para designar una clase de amplificadores que permiten realizar una serie de operaciones tales como suma, resta, multiplicación, integración, diferenciación. Hoy en día su popularidad y utilización ha crecido de una manera vertiginosa en los últimos años gracias a la gran cantidad de aplicaciones en las que puede ser utilizado, en electrónica analógica, prácticamente en todas, y en electrónica digital en bastantes. Considerando el amplificador operacional ideal, que aún no existiendo en la vida real, es una aproximación muy precisa y perfectamente válida para el análisis de sistemas reales, las características que lo definen son: ➔ ➔ ➔ ➔ ➔ ➔ ➔

Resistencia de entrada infinita. Resistencia de salida cero. Ganancia en tensión en modo diferencial infinita. Ganancia en tensión en modo común cero. Corrientes de entradas cero. Ancho de banda infinito. Ausencia de desviación en las características con la temperatura.

Uno de los modelos de AOP’s que desbancó a sus rivales de la época con una técnica de compensación interna muy relevante y de interés incluso en nuestros días fue el AOP 741, un circuito que por sus buenas características, relación precio-fiabilidad y buena disponibilidad, le hacen acreedor al título de más utilizado. Siendo el AOP elegido para ésta práctica.

ACTIVIDAD 1 A una frecuencia de 100Hz (T= 10ms) y un voltaje pico a pico de 1V, dibujar las señales de entrada Vi(t) y de salida Vs(t) correspondientes a cada uno de los tres tipos de señales que puede producir el generador de funciones (senoidal, triangular y cuadrada). Verificar para cada señal que el periodo sea T= 10ms y la amplitud sea de 1V.

Simulando el circuito 1 con un circuito integrado LM741

Señales de entrada y salida: Senoidal

La señal de entrada es de color amarillo, mientras que la de salida es de color azul. La señal de salida es una señal coseno, eso explica el desfase que se tiene entre ambas, ya que el circuito integra la señal seno de entrada. Además, la amplitud de salida es ligeramente mayor en comparación.

Triangular

Cuando cambiamos a una señal triangular la señal de salida se mantiene en un estado sinusoidal, sin embargo esta no mantiene la misma amplitud, pues se acorta levemente. Cuadrada

Si la onda cuadrada se proporciona como entrada al amplificador integrador, la salida producida será una onda triangular. En tal caso, el circuito se llama generador de rampa. En onda cuadrada, los niveles de voltaje cambian de bajo a alto o de alto a bajo, lo que hace que el capacitor se cargue o descargue. Durante el pico positivo de la onda cuadrada, la corriente comienza a fluir a través de la resistencia y en la siguiente etapa, la corriente fluye a través del condensador. Como el flujo de corriente a través del amplificador operacional es cero, el condensador se carga. Lo contrario ocurrirá durante el pico negativo de la entrada de onda cuadrada.

ACTIVIDAD 2 Simulando el circuito derivador con un amplificador operacional LM741

Senoidal

La entrada está de color amarillo y la salida es de color azul y se aprecia que la salida que es un coseno ya que se nota desfasada y que disminuye su amplitud considerablemente y esto es por la ganancia que tiene el circuito. Además la señal de

salida está invertida porque en su ganancia que es -RC viene el signo negativo y eso hace que se invierta. Triangular

Aquí al tener una señal de entrada triangular como el nombre del circuito lo indica deriva esa señal y la derivada de una señal triangular o rampa es una señal cuadrada lo cual en la gráfica se aprecia. También cabe resaltar que igual que en la gráfica anterior está desfasada e invertida la señal de salida y también con amplitud disminuida. Cuadrada

Aquí se observa que la señal de entrada al ser una señal cuadrada se deriva y su derivada de esta señal es el impulso lo cual indica que también disminuye su amplitud.

Con lo cual serán picos de voltaje y también decae rápidamente. Cuestionario Previo a. Describa el funcionamiento amplificadores operacionales.

de

un

circuito

integrador

constituido

por

Una modificación del amplificador inversor, es el integrador, que sustituye la retroalimentación al resistor por un capacitor. El voltaje de salida es la integral de el voltaje de entrada (siendo estos proporcionales), que es forzado a cargar al capacitor por el lazo de retroalimentación.

b. Describa el funcionamiento amplificadores operacionales.

de

un

circuito

derivador

construido

con

Este circuito presenta una salida proporcional a la variación de la señal de entrada. Debido a la relación que existe entre el voltaje y la corriente a través de un condensador, y aplicarla sobre nuestro circuito implementado resulta que el voltaje de salida es la derivada de el voltaje de entrada.

c. Diseñar un amplificador derivador e integrador mediante el uso de un inductor.

Diseñando un amplificador derivador: Aplicando LCK en el nodo O tenemos: iR +i L=0

Y sabemos que: ❑ di V =L ; i= 1 ∫ Vdt L❑ dt Sustituimos estas expresiones en nuestra primera ecuación y analizamos por nodos: t

V ¿ −0 1 + ∫ (V 0 −0 )dt=0 R L −∞ Simplificando para y despejando Vo t

V¿ 1 + ∫ V dt=0 R L −∞ 0 −L V V 0 dt= R ¿ t

∫¿ −∞

d ¿ dt V 0 (t)=¿

−L d V ¿ R dt

La expresión obtenida es para obtener el voltaje de salida en un circuito

derivador con inductor. d. Realice el análisis teórico del circuito sumador no inversor obtenga los voltajes de salida y la relación del voltaje de salida con respecto a la entrada, posteriormente con el software especializado simule el circuito sumador no inversor y obtenga en una misma gráfica el trazo de los voltajes de entrada y del voltaje de salida, e incluya los cálculos teóricos y una impresión de las señales obtenidas en el reporte de la práctica.

V 0=? Σ I en el nodo a V a Va V a V a−V 0 =0 ⇒V 0=R 0 ( + ) + R1 R0 R 1 R0 Σ I en el nodo a ' V2 V3 Va Va V 2 −V a V 3−V a + =0 ⇒ + = + R2 R3 R 2 R3 R2 R 3 V 2 V 3 R R❑3 V a=( + )( 2 ) R2 R 3 R 2 + R 3 Por lo tanto

R0 +1)V a R1 R0 V 2 V 3 R R❑3 V 0=( +1)( + )( 2 ) R1 R2 R3 R2 + R3 R R R R❑3 V 2 R R ❑3 V 3 V 0=( 0 +1)( 2 )( )+( 0 +1)( 2 )( ) R1 R1 R2 + R3 R2 R2 + R3 R3 R0 R0 R2 R ❑3 V 0=( +1)( )(V 2)+( +1)( )(V 3) R1 R1 R 2+R 3 R 2+R 3 V 0=(

Simulando el circuito sumador no inversor en Proteus, con resistencias de 1k, 3k y 10k, cuya fuente de voltaje 2 tendrá un valor de 1V y la fuente de voltaje 3 será de 2V. A su vez el amplificador operacional será energizado con +6 y -6V según sus terminales.

Realizando los cálculos teóricos obtenemos que el voltaje de salida deberá ser igual a: 10 3 3 3 )(1 V )+( +1)( V 0=( +1)( )(2 V )=4.9231 V 1 10+ 3 1 3+10 En la simulación corroboramos que el voltaje de salida es correcto, con un valor de 4.93 V.

Por último con el osciloscopio observamos las señales de entrada y salida de este sumador no inversor.

Conclusiones Ávila San Miguel Josué: Se logró simular de manera adecuada los circuitos para un integrador y un derivador, observando como cambia la señal de salida con respecto a la señal de entrada, con ayuda del osciloscopio, lo que se notó es que dependiendo del tipo de operación que realice es como variará la señal de salida, con desfase en algunos casos y disminución o aumento de la amplitud en otros. Del circuito diferenciador vimos que la amplitud disminuía pero también se generaba cierta distorsión de la señal. Núñez García Diego: Los amplificadores operacionales en su configuración de integrador y derivador nos indican claramente como su nombre lo dice, la realización de dichas operaciones, derivan o integran la señal que se les da de entrada. En ambos casos tienen un desfase de alrededor 90 grados y estos también invierten la señal. En la configuración del circuito integrador aumenta la ganancia y en el derivador la disminuye. Bibliografía De la Peña, B. (2009). “Elementos de electrónica”. Recuperado el 25 de Mayo de 2020

de unam

https://www.yumpu.com/es/document/read/14170324/elementos-de-electronica-

Díaz, J. (s.f). “Amplificación de las señales”. Recuperado el 25 de Mayo de 2020 de http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/263/A5.pdf ?sequence=5 Gupta, S. (2019). “Operational Amplifier Integrator Circuit: Construction, Working and Applications”. Recuperado el 25 de Mayo de 2020 de https://circuitdigest.com/tutorial/op-amp-integrator-circuit-working-constructionapplications Márquez, J. (2013). “Amplificadores operacionales”. Recuperado el 25 de Mayo de 2020 dehttp://www.academicos.ccadet.unam.mx/jorge.marquez/cursos/Instrumentacion/Ampl ificadoresOperacionales.pdf...