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Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y EléctricaLaboratorio de Electrónica 2Práctica #1: Configuraciones Básicas delAmplificador OperacionalDocente : Ing. Humberto Figueroa MartínezHora: MDia : ViernesBrigada: 502Fecha: 20-08-Semestre Agosto - diciembre 2021Nombre Matri...

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Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Laboratorio de Electrónica 2

Práctica #1: Configuraciones Básicas del Amplificador Operacional

Docente: Ing. Humberto Figueroa Martínez Hora: M1 Dia: Viernes Brigada:502 Nombre José Eduardo Gutiérrez Torres

Matricula 1857472

Carrera IMTC

Fecha: 20-08-21 Semestre Agosto - diciembre 2021

Experimento 1 Configuraciones básicas del Amplificador operacional Objetivo. En esta práctica se presentan una serie de experimentos, con los cuales el propósito es comprobar el funcionamiento de las siguientes configuraciones básicas de un amplificador operacional: ✓ Amplificador inversor ✓ Amplificador no inversor ✓ Amplificador inversor con retroalimentación ✓ Amplificador no inversor con retroalimentación.

Lista de materiales. 4 amplificadores operacionales LM741. 2 resistencias de 10kΩ, 1/4W. 2 resistencias de 100kΩ, 1/4W. 1 potenciómetro 10kΩ o 100kΩ. 1 Protoboard.

Equipo que utilizara en el laboratorio. Fuente de alimentación Dual. Multímetro. Generador de funciones. Osciloscopio.

Marco teórico Amplificador operacional El Amplificador Operacional también llamado OpAmp, o Op-Amp es un circuito integrado. Su principal función es amplificar el voltaje con una entrada de tipo diferencial para tener una salida amplificada y con referencia a tierra. También dichos circuitos existen desde 1964 en donde los primeros modelos son el 702, 709 y 741 desarrollados por Fairchild, y 101 y 301 por Nacional Semiconductor. La salida al mercado de los amplificadores operacionales solvento en gran medida la ardua tarea de amplificar señales con transistores. Actualmente, el uso de los amplificadores operacionales para aplicaciones suele ser más barato, más rápido, más pequeñoen espacio que su contra-parte en transistores, usualmente MOSFET. Algunas de estas aplicaciones pueden ser: amplificador de instrumentación, amplificador diferencia, convertidor decorriente a voltaje. Con un Amplificador Operacional, puedes realizar temporizadores, comparadores o detectores de voltaje, acondicionar señales para ADCs y mucho más. Existen hoy en día amplificadores operacionales para diferentes tipos de aplicaciones, detallar encada uno sería imposible. Te dejamos algunos de los más comunes para que con gusto revises sus hojas de datos. Amplificador de instrumentación INA125, OpAmp LM258, Op-Amp MC1741, TL031, TL081, TL084 y el famoso LM741. Diagrama o símbolo de un Amplificador Operacional El diagrama o símbolo de un amplificador operacional incluye al conjunto de 2 entradas y una salida. Un oamp tiene una entrada positiva y una negativa. Por ejemplo, en su forma de comparador, si la entrada positiva supera en voltaje a la entrada negativa, la salida se va a su voltaje de saturación. Un O-amp puede ser alimentado con fuentes diferenciales (voltaje positivo ynegativo) o fuentes simples (Voltaje positivo y GND). Un oamp tiene distintas configuraciones, porejemplo, inversor, no-inversor, amplificador o sumador, entre otras.

Ganancia en lazo abierto Cuando se aplica una señal a la entrada, la ganancia es el cociente entre la tensión de salida Vs yla de entrada Ve que tiene el amplificador operacional cuando no existe ningún lazo de realimentación entre la salida y alguna de las dos entradas. Ver el diagrama. La ganancia del amplificador en lazo abierto está dada por la siguiente fórmula: AV = Vs / VeDonde: AV = ganancia de tensión Vs = tensión de salidaVe = tensión de entrada En un amplificador operacional ideal, esta ganancia es infinita. Sin embargo, cuando el operacional es real, su ganancia está entre 20,000 y 200,000 (en el amplificador operacional 741C). Este tipo de configuración se utiliza en comparadores, donde lo que se desea es, saber cuál de las dos entradas tiene mayor tensión, de ahí su nombre, amplificador diferencial. La señalde salida Vs del amplificador diferencial ideal debería ser: Vs = Av (V1 – V2). En la realidad, no es así ya que la salida depende de la tensión diferencial (Vd) y del nivel mediollamado señal en modo común (Vc), o sea: Vd = V1 -V2; y Vc = 1/2 (V1 + V2). Ganancia en lazo cerrado Como decimos los amplificadores operacionales prácticos tienen ganancia de tensión muy alta (típicamente 105), sin embargo, esta ganancia varía con la frecuencia. La forma de compensar esto es, controlar la ganancia de tensión que tiene el amplificador operacional, utilizando elementos externos para realimentar una parte de señal de la salida a la entrada, que hará que elcircuito sea mucho más estable. Con la realimentación, la ganancia de lazo cerrado depende de los elementos empleados en la realimentación y no de la ganancia básica de tensión del amplificador operacional, por lo que, para modifica la ganancia modificaremos los valores de R1 y R2. Como veremos a continuación, los circuitos con amplificadores operacionales, resistencias y condensadores, los podemos configurar para obtener diversas operaciones analógicas como sumas, restas, comparar, integrar, filtrar y por supuesto amplificar. La ganancia se obtiene por la siguiente fórmula: AV= – Vo / Vin. El sigo negativo indica que la señal en la salida será la opuesta a la entrada (se confirma que una señal positiva aplicada a laentrada produce una tensión negativa a la salida y viceversa). Amplificador Inversor En este circuito, la entrada V (+) está conectada a masa y la señal se aplica a la entrada V (-) a través de R1, con realimentación desde la salida a través de R2. La entrada V (-) es un punto detierra virtual, ya que está a un potencial cero. El circuito comúnmente más utilizado es el circuito de ganancia constante. El amplificador inversoramplifica e invierte una señal 180º, es decir, el valor de la tensión de salida está en oposición de

fase con la de entrada y su valor se obtiene al multiplicar la tensión de la entrada por una ganancia fija constante, establecida por la relación entre R2 y R1, resultando invertido esta señal(desfase). Amplificador no Inversor Este es el caso en que la tensión de entrada Ve, está en fase con la de salida Vs, esta tensión desalida genera una corriente a través de R2 hacia el terminal inversor, a su vez a través de R1, segenera una corriente hacia el mismo terminal, pero de signo contrario, por lo que ambas corrientes se anulan, reflejando en la salida la tensión de entrada amplificada. Según se ha mencionado antes, el valor de +Ve se refleja en la entrada inversora -Vedel amplificador operacional y teniendo en cuenta que se considera un «cortocircuito virtual», podemos establecer que ie = Ve/R1. Y como la corriente en la entrada inversora i– = 0; i1 = i2; por lo tanto, Vo = (R1 + R2)sustituyendo; Vo/ Ve = (1 + R2/R1); y finalmente la ganancia en tensión. Amplificador Diferencial El caso más común de configuración es permitir la entrada de señal, por ambas puertas, tanto porla inversora como por la no – inversora. La señal de salida será proporcional a la diferencia entre las entradas y estará en fase con las señales aplicadas. Aunque está basado en las dos disposiciones vistas anteriormente. El amplificador diferencial tiene características únicas.

Procedimiento y resultados (capturas de pantalla) Con base al complemento de apoyo visto anteriormente en este manual, para un amplificador operacional sin retroalimentación siga las siguientes instrucciones y conteste la tabla 1. 1. Alimente la terminal inversora con un voltaje de 2V (V1= 2V) y la terminal no inversora la conectamos a tierra (V2= 0V). José Eduardo Gutiérrez Torres 1857472

2. Alimente la terminal no inversora con un voltaje de 2V (V2= 2V) y la terminal inversora la conectamos a tierra (V1= 0V). José Eduardo Gutiérrez Torres 1857472

3. Con ayuda del generador de funciones alimente la terminal inversora con un voltaje senoidal de 2V pico a pico a 1KHzde frecuencia (V1= 2Vp-p) y la terminal no inversora la conectamos a tierra (V2= 0V). José Eduardo Gutiérrez Torres 1857472

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4. Con ayuda del generador de funciones alimente la terminal no inversora con un voltaje senoidal de 2V pico a pico a 1KHzde frecuencia (V2= 2Vp-p) y la terminal inversora la conectamos a tierra (V1= 0V).

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Tabla 1. resultados de salida V1 2V 0V 2Vp-p 0Vp-p

Amplificador operacional sin retroalimentación V2 Vo 0V -14V 2V 14V 0Vp-p 13.065V 2Vp-p 13.064V

Con base al complemento de apoyo visto anteriormente en este manual, para un amplificador operacional con retroalimentación siga las siguientes instrucciones y conteste la tabla 2.

(Rf=Ra) 1. Alimente la terminal inversora con un voltaje de 2V (V1= 2V) y la terminal no inversora la conectamos a tierra (V2= 0V). José Eduardo Gutiérrez Torres

2. Alimente la terminal no inversora con un voltaje de 2V (V2= 2V) y la terminal inversora la conectamos a tierra (V1= 0V). José Eduardo Gutiérrez Torres 1857472

3. Con ayuda del generador de funciones alimente la terminal inversora con un voltaje senoidal de 2V pico a pico a 1KHzde frecuencia (V1= 2Vp-p) y la terminal no inversora la conectamos a tierra (V2= 0V). José Eduardo Gutiérrez Torres 1857472

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4. Con ayuda del generador de funciones alimente la terminal no inversora con un voltaje senoidal de 2V pico a pico a 1KHzde frecuencia (V2= 2Vp-p) y la terminal inversora la conectamos a tierra (V1= 0V).

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Tabla 2. resultados de salida (Rf=Ra) V1 2V 0V 2Vp-p 0Vp-p

Amplificador operacional con retroalimentación donde Rf=Ra V2 Vo 0V -2V 2V 4V 0Vp-p 1.95V 2Vp-p 1.54V

(Rf>Ra) 1. Alimente la terminal inversora con un voltaje de 2V (V1= 2V) y la terminal no inversora la conectamos a tierra (V2= 0V). José Eduardo Gutiérrez Torres 1857472

2. Alimente la terminal no inversora con un voltaje de 2V (V2= 2V) y la terminal inversora la conectamos a tierra (V1= 0V). José Eduardo Gutiérrez Torres 1857472

3. Con ayuda del generador de funciones alimente la terminal inversora con un voltaje senoidal de 2V pico a pico a 1KHzde frecuencia (V1= 2Vp-p) y la terminal no inversora la conectamos a tierra (V2= 0V). José Eduardo Gutiérrez Torres 1857472

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4. Con ayuda del generador de funciones alimente la terminal no inversora con un voltaje senoidal de 2V pico a pico a 1KHzde frecuencia (V2= 2Vp-p) y la terminal inversora la conectamos a tierra (V1= 0V). José Eduardo Gutiérrez Torres 1857472

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Tabla 2. resultados de salida

(Rf>Ra) Amplificador operacional con retroalimentación donde Rf>Ra V1 V2 Vo 2V 0V 8.66 V 0V 2V 8.67V 2Vp-p 0Vp-p 0.54V 0Vp-p 2Vp-p 2.30

Preguntas de la practica 1. ¿Qué significa que un amplificador operacional trabaje bajo la condición de lazo o bucle cerrado? R= trata de compensar esto es, controlar la ganancia de tensión que tiene el amplificador operacional, utilizando elementos externos para realimentar una parte de señal de la salida a la entrada, que hará que el circuito sea mucho más estable. Cuando se conecta un resistor entre la salida y el terminal inversor del amplificador. El dispositivo trabaja como un amplificador realimentado. La realimentación consiste básicamente en tomar una muestra de la señal de salida y enviarla nuevamente a la entrada junto con la señal original. 2. ¿Qué significa que un amplificador operacional trabaje bajo la condición de lazo abierto? R= Cuando se aplica una señal a la entrada, la ganancia es el cociente entre la tensión de salida Vs y la de entrada Ve que tiene el amplificador operacional cuando no existe ningún lazo de realimentación entre la salida y alguna de las dos entradas.

3. Mencione los parámetros de un amplificador operacional. o o o o o o o o o o

Corriente en desequilibrio de entrada Tensión de entrada diferencial Corriente de polarización de entrada Rapidez de variación de tensión Relación de rechazo en modo común Impedancia de entrada Impedancia de salida Ganancia en lazo abierto Tensión en modo común Tensión en desequilibrio de entrada 4. ¿Qué es el estado de saturación en un amplificador operacional?

R= Cuando la salida alcanza este valor, se dice que está saturado, pues ya no está amplificando

Conclusión José Eduardo Gutiérrez Torres 1857472 realizamos con éxito las configuraciones básicas de unamplificador operacional, el cual tiene capacidad de manejo de señales normales o definidas por fabricantes. Las cuales, manejados por medio de dichas configuraciones, es muy importante conocerlas bien porque toda configuración da una salida diferente, por ello es que como aprendamos a conocer como pedirle a un amplificador que cumpla con los requisitos que necesitemos.

Bibliografía o

Circuitos integrados lineales. Paraninfo.

o

https://hetpro-store.com/TUTORIALES/amplificador-operacional/

o Hojas de datos de fabricantes....