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Universidad Nacional DelCallaoFacultad de Ingeniería Eléctrica yElectrónicaEspecialidad: Ingeniería ElectrónicaTema:Informe de laboratorio N°2 Amplificadorinversor y Sumador inversor conAmplificador operacionalDocente: Cruz Ramírez ArmandoPedroTurno: 01LCurso : Circuitos Electrónicos IIIntegrantes :...

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Universidad Nacional Del Callao Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Especialidad: Ingeniería Electrónica Tema: Informe de laboratorio N°2 Amplificador inversor y Sumador inversor con Amplificador operacional

Docente: Cruz Ramírez Armando Pedro Turno: 01L

Curso: Circuitos Electrónicos II Integrantes:  Alegre Zegarra Miguel Ángel 1713220264 (92G)  Carrillo Marín Diego Marcelo 1713210154 (91G)

 Marcelo Chavarría Josué

1713220316 (92G)

LABORATORIO N° 2 DE CIRCUITOS ELECTRONICOS II TEMA : Amplificador inversor y Sumador inversor con amplificador operacional OBJETIVO : Se utilizará el LM741, que es uno de los primeros amplificadores operacionales populares en configuraciones sencillas de circuitos estudiados en clase. Listado de Componentes:     

LM741 (8 patas mini-DIP Resistencia de �1 = 22 �� - 1/4W Resistencia de �2 = 22 �� - 1/4W, �2 = 220 �� - 1/4W, Resistencia de �3 = 11 �� - 1/4W ➢ Potenciómetro de 10 �� Capacitor de poliéster (o cerámico), 2 de 0.1��/50�

Listado de Equipos:     

Osciloscopio Generador de Funciones Fuente de Alimentación de regulada de doble polaridad Multímetro Protoboard

Nota: Las resistencias deben de ser de la menor tolerancia posible. Experimento 1: Amplificador inversor. En este experimento, conectará un LM741 en la configuración de amplificador inversor de la Figura 1. Aprenderá a ajustar el offset del amplificador (si fuera necesario), a medir el ancho de banda y a comprobar cómo se ve limitado su funcionamiento por la velocidad de subida.

1. Construya el circuito de la Figura 1. [Consulte la hoja de datos del LM741 para asegurarse de que conecta los pines adecuados de su LM741]. Inserte las resistencias �1,�2 � �3 , no instale el potenciómetro de 10 �Ω en este momento. Conecte la entrada � �� a tierra y mida la tensión de salida si es diferente de cero, esta tensión es producida por la tensión offset de entrada que puede modelarse como una fuente de tensión DC en serie con la entrada al amplificador no inversor. Mida la tensión offset correspondiente y compare este valor con el de la hoja de datos del LM741.

Circuito simulado en proteus:

V 0=¿ 2.97 mV V offset =

V out 1+

R1 R2

=

2.97 mV =1.49 mV 22 K 1+ 22 K

Voltaje offset de la simulaion: Voffset=1.49 mV Volataje offset de la hoja de datos del LM741: Voffset=1mV

Características del LM741:           

No. de amplificadores operacionales: 1 Voltaje de alimentación max: ±22 V Ancho de banda típico: 1 MHz Slew rate típico: 0.5 V/μs Voltaje offset de entrada típico: 1 mV Entradas de ajuste de offset Compensado en frecuencia internamente Alta ganacia Salida no sufre de latch-up Salida protegida contra corto circuito continuo Encapsulado: DIP 8 pines

2. A continuación, instale el potenciómetro de 10 �� offset-null. Ajuste el potenciómetro para que la tensión de salida tenga un valor cero. Y al variar el potenciometro de 10K Ω se obtiene el siguiente rango de tension de salida: Rango de Voffset: -23mV a +18 mV

3. A continuación, conecte el generador de señales a la entrada y ajústelo para producir una sinusoide de 0,2Vp-p y 1 kHz. (Tenga presente que la impedancia de salida del generador de funciones es de 50Ω). Mida la magnitud de la ganancia de tensión de esta conexión. ¿Necesita un condensador de acoplamiento de entrada entre el generador de funciones y R1? ¿Por qué es así o por qué no?

Av =

V out 3.19 =2.9 V /V = V ¿ 1.10

¿Necesita un condensador de acoplamiento de entrada entre el generador de funciones y R1? ¿Por qué es así o por qué no? No necesita un condesador, Esto es debido a que se puede regular con el generador de señales.

4. Medir la máxima tensión senoidal de salida pico a pico, que se puede tener sin distorsión a 1 kHz.

circuito simulado en proteus:

señal obtenida del osciloscopio:

V omax =20.20V 5. Aumente la frecuencia del generador de señales hasta que comience a disminuir la amplitud de la tensión de salida. Halle la frecuencia a la que la ganancia del

amplificador es 1 √2 ⁄ de su valor de baja frecuencia [1 kHz]. Esta frecuencia puede considerarse el ancho de banda [punto -3dB] de esta configuración en particular. Mida el cambio de fase entre las tensiones de entrada y de salida a esta frecuencia. [Consulte el manual de instrucciones para la medición del cambio de fase con el osciloscopio]. Para encontrar la frecuencia 3dB se realizó lo siguiente: 3.19 mV =2.25 mV √2 Siendo 3.19 mV el valor obtenido por el amplificador operacional en la simulacion. Con lo cual se obtuvo el valor de: Frecuencia 3dB= 730kHz

( )

Ft =F H ∗ 1+

R2 =730 kHz∗( 1+1 ) =1.46 MHz R1

6. Dibujar el diagrama de Bode de la respuesta en frecuencia del amplificador Agregando un condensador a la señal de entrada

Se produce un incremento no significativo de voltaje como consecuencia de conectar el condensador entre el generador de señales y la resistencia R1.. La funcion de transferencia del circuito es de: jw C1 R2 G ( s )= jw C 1 R 1+1 Siendo: jw = s C1 =1nF=1∗10−9 F R1=22 K Ω R2=22 K Ω Reemplazando: s(0.022) G ( s )= s (0.022 )+1 Graficamos el diagrama de bode con el programa MatLab Código: num=conv([0.0022],[1 0]); den=([0.0022 1]); bode(num,den); grid on

Gráfica:

7. A continuación, cambie la resistencia de retroalimentación R2 a 220 ��, calcule un valor nuevo para R3 y repita los apartados 2, 3 y 4. Si desconecta el potenciómetro offset, se dará cuenta de que el offset de salida es aproximadamente 5,5 veces mayor que el que halló cuando se configuró el amplificador para una ganancia de 1 de la entrada inversora. ¿Por qué? ¿Por qué modificamos el valor de � 3? ¿Cuál es el valor ideal de �3 en relación a los valores de �1 y �2?  Observe que, mientras que la ganancia del amplificador inversor es un factor de 10 más grande que la de la primera configuración, el ancho de banda es aproximadamente un factor de 5,5 menor. Si examinase esta configuración en busca de otros valores de ganancia, hallaría que cuanto mayor es la ganancia, menor es el ancho de banda. R3= R1 /¿ R2=

22 Kx 220 K =20 K 220 K

Simulaciones proteus:

Y al variar el potenciometro de 10K salida:

Ω se obtiene el siguiente rando de tension de

Rango de Voffset: -73.7mV a +41.1mV

Av=

V out 33.3 =10 V /V = V ¿ 3.33

8. Con el generador de señales fijo a la frecuencia de ancho de banda [punto -3dB] para la ganancia de -10 que halló en el apartado, aumente la amplitud de la tensión de entrada hasta que la tensión de salida comience a distorsionarse [es decir, que ya no parecerá sinusoidal, sino más bien una onda triangular]. En este punto, el amplificador ha alcanzado su velocidad de subida límite. La velocidad límite de subida de un amplificador operacional la produce una fuente de corriente dentro del amplificador [polarizando la primera etapa del amplificador] que limita la cantidad de corriente que puede suministrar la primera etapa del amplificador. Cuando éste es empujado al punto en el que se alcanza este límite, deja de funcionar correctamente. El límite de velocidad de subida se manifiesta como un valor máximo de dvout para el amplificador, ya que hay una capacitancia interna del amplificador dt que debe cargarse por la corriente de salida de la primera etapa y, por consiguiente, el dv para este límite de corriente de la primera etapa corresponde al valor máximo de dt condensador. Con la amplitud de entrada fijada en el valor en el que la tensión de salida empieza dvout en la tensión de salida. justo a distorsionarse, calcule el valor máximo de dt Compare este valor con el de la velocidad de subida que se halló en la hoja de especificaciones del LM741.

El slew rate de un amplificador se define como el rango máximo de cambio de la tensión de salida para todas las señales de entrada posibles, por lo que limita la velocidad de funcionamiento, es decir la frecuencia máxima a la que puede funcionar el amplificador para un nivel dado de señal de salida. dvout por lo Tomando en cuenta que el valor de la velocidad tension de salida es dt tanto: dvout = 0.34V/us dt max Los valores al comprarlos con los datos del LM741 son parecidos como se muestra en la

| |

9. Reduzca la frecuencia de tensión de entrada en un factor de 5 y mida de nuevo la dvout velocidad de subida del amplificador hallando el valor de para el que la dt tensión de salida comienza a distorsionarse. Compare esta medición con la anterior de la velocidad de subida. Tomando en cuenta que el valor de la velocidad tension de salida es dvout⁄dt por lo tanto:

|dvout dt |

= 0.93V/us

max

Comparando con el valor obtenido el la pregunta anterios

|dvout dt |

= 0.34V/us

max

podemos observar una ligera variacion por lo que podemos decir que tiene una tendencia relativamente constante

10. Con el generador de señales fijo en una frecuencia de 1 kHz, aumente la amplitud de la tensión de entrada hasta que la tensión de salida quede saturada [la parte superior de la onda sinusoidal comienza a nivelarse]. Mida la tensión de saturación del amplificador [positiva y negativa] y compare los valores con las magnitudes positiva y negativa de la tensión de alimentación. Repita estas mediciones con la ayuda de una resistencia de carga de 510 ohmios conectada entre la salida y la toma a tierra. ¿En qué difieren las tensiones de saturación de la prueba si se utiliza el amplificador sin una resistencia de carga [impedancia de carga infinita]?

Simulacion en proteus:

Señal obtenida del osciloscopio:

De la simulacion al variar el voltaje del genrador de señales hasta lograr una distorcion de la señal senoidal de la salida se obtuvo el siguiente rango de voltaje: Vout(+) max = 12V

Vout(-) max = -10V Y ahora al agregar la resistencia de 510 Ω se obtuvo lo siguiente: Vout(+) max = 12V Vout(-) max = -10V Por lo que podemos deducir que estos valores no difieren de con la variacion o la incorporacion de una carga se mantienen constantes. Como se observa los valores no difieren con o son la carga RL se obtienen los mismos valores. 11. Fije el generador de señales de forma que produzca una tensión de entrada de onda cuadrada. Ajuste la amplitud y la frecuencia de la tensión de entrada hasta que la salida se vuelva una onda triangular. ¿Por qué no es una onda cuadrada la forma de onda de dv para esta onda triangular. [Observe que ésta es una salida? Calcule el valor de dt forma mucho más fácil y precisa de medir la velocidad de subida del LM741.] La señal de salida no forma una onda cuadrada al variar la tension y la frecuencia debido a que el amplificador Operacional no alcanza a reaccionar y realizar ese cambio, por lo que se observa a la salida una onda triangular

|dvout dt |

max

= 0.45V/us

Simulacion en proteus: Señal obtenida del osciloscopio:

Experimento 2: Sumador inversor con amplificador operacional (Diseño). En el experimento anterior, se estudió la configuración del amplificador inversor con un Op-Amp y en este segundo experimento se estudiará otra configuración básica. Este circuito se muestra en la Figura 2 la cual es una configuración de un sumador inversor. Seleccione los valores de resistencia, de forma que ���� = −(�1 + 5�2). Seleccione el valor de resistencia �4 para minimizar o compensar los efectos de la corriente de polarización de entrada.

Construya el circuito y confirme su funcionamiento. Determine el valor de las entradas adecuadas para este experimento (buscar en libros la explicación).

 Simulacion en Proteus:

Fig2: Circuito A.O Sumador inversor para ���� = −(�1 + 5�2).

Sabemos que en un circuito A.O sumador inveresor el Vd= 0 (Voltaje diferencial) Ademas que el V0= -Rf (V1/R1 + V2/R2) Donde: Rf es la resistencia de realimentacion Para este caso hemos analizado lo siguiente: V0= -Rf (V1/R1 + V2/R2)  ���� = −(�1 + 5�2) Igualamos terminos: Rf (V1/R1) = V1 ; Rf(V2/R2) = 5�2 Donde: Rf=R1 y Rf=5R2 Entonces habiendo analizado esta condicion colocamos nuestra Rf a 10KΩ, ademas R1=10kΩ y R2=2kΩ

Con estos valores de resistencias se cumplira la condicion dada de ���� = −(�1 + 5�2). Tener en cuenta que mi Vout no debe sobrepasar el voltaje con el que se alimenta nuestro OPAN LM741....