Práctica 8 PDF

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Practica resolta número 8...

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CUESTIONARIO PRÁCTICA 8 INSTRUCCIONES. 

Esta práctica se entregará, completamente resuelta, bien en formato pdf o Word por correo electrónico a la dirección indicada por el profesor de prácticas o bien impresa, personalmente en el despacho del profesor de vuestro grupo de prácticas. La práctica se entregará como muy tarde en la fecha indicada por vuestro profesor de prácticas.

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Si la práctica es entregada por correo electrónico, el nombre del fichero debe tener el siguiente formato “Practica8_nombre estudiante 1-nombre estudiante 2” y deberá recibirse un correo de confirmación de la entrega, de otra forma la práctica no se dará por entregada.

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Deberán realizarse en casa o en las aulas de informática las simulaciones oportunas en el software PSPICE versión 9.1 “student” (recordad que el ejecutable se encuentra en el CV).

OBJETIVOS. Esta práctica tiene como objetivo avanzar al alumno en el manejo del software PSPICE. Se usará solo el módulo ‘schematics’. A partir de éste se realizarán todas las simulaciones. Los componentes que se estudiarán son: 

Amplificadores operacionales.



Algunos de los circuitos básicos que se pueden realizar con estos dispositivos como; circuito inversor, seguidor de tensión, sumador, etc.

FORMATO. Será obligatorio entregar las prácticas hechas con ORDENADOR. Se pueden hacer capturas de pantalla del PSPICE (para evitar tener el fondo negro hay que seleccionar “Print Preview” en el menú “File” y hacer la captura de esa pantalla.). Se pueden insertar gráficas y ecuaciones que se crean oportunas (insertar ecuación en Word). Si se ponen gráficas, IMPORTANTE escribir un pie de gráfica o una aclaración de lo que se representa. Las prácticas NO deben tener portada SOLO DEBE PONERSE el siguiente encabezado en la primera página. Puede copiarse la tabla directamente de aquí. Nombre: NIL BALLART CABANAS

Grupo: 412-2

Número de Práctica: 8

Para cada ejercicio se indicará el número del ejercicio y, opcionalmente, se puede copiar el enunciado. 1

TEORÍA El amplificador operacional es un dispositivo formado por transistores, condensadores y resistencias que se caracteriza por las siguientes propiedades. Tiene dos entradas de señal, una no inversora V+ y una inversora V-, una salida Vout y dos entradas de polarización VCC y VEE (que habitualmente no se representan en los esquemas). La salida, Vout es proporcional a la diferencia entre las entradas.

Donde A es la ganancia e idealmente es infinita, en la práctica muy grande (106). Las impedancias de entrada, Ri, son idealmente infinitas y en la práctica muy grandes, lo que quiere decir, que las corrientes de entrada para los terminales  y  pueden considerarse nulos. Por un operacional típico, Ri = 2M La impedancia de salida, Rout, es idealmente nula y en la práctica muy pequeña, el que quiere decir que el voltaje de salida es independiente de las resistencias que haya conectadas y podemos considerar que el amplificador es capaz de suministrar todo el corriente que sea necesario. Por un operacional típico, Rout = 75

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SIMULACIÓN DEL AMPLIFICADOR OPERACIÓN CON SPICE Para estos ejercicios usar el elemento uA741, al que hay que añadir dos fuentes VDC para polarizarlo a ±15V.

EJERCICIO 1 Simular el amplificador no inversor de la figura. La entrada Vi será un generador de señal sinusoidal de frecuencia de 1 Hz y amplitud 1 voltio. Observar 3 ciclos de la salida. Hacer la simulación para dos juegos de resistencias (escoger valores que se encuentren en el laboratorio) de manera que: 

un juego de R’s no sature el operacional (V0 menor que Vcc en valor absoluto) pero con una ganancia mayor de 5. (calcular la ganancia que se obtiene) (3,5 puntos) |Vo| < Vcc

Vi = 1V

Vo = (1+Rf/Ri)*Vi

Vcc = 15V

1+Rf/Ri < 15  Rf < 14*Ri A = Vo/Vi

A>5



Vo/1 > 5



Rf > 4*Ri

 4*Ri < Rf < 14*Ri Agafem Ri = 1 Ohm, per tant, Rf ha de ser més gran que 4 i més petit que 14 Ohms. Agafem, per exemple, Rf = 10 Ohms El guany en aquest cas será: A = Vo/Vi 

on

Vi = 1V

i

Vo = (1+10/1)*1

 A = 11dB

el otro juego de R’s sature la salida. (VO>│VCC│) . Calcular la ganancia que se obtiene. (1,5 puntos) Tenim que Vcc = 15V, Vo = (1+Rf/Ri)*Vi, Vi = 1V, per tant: (1+Rf/Ri)*Vi > 15  Rf > 14*Ri Agafem Ri = 1Ohm Com que Rf > 14*Ri, agafem Rf = 20Ohms El guany amb aquestes resistències és de A = 20dB



En ambos casos considerar que la ganancia A se define como

A=

Circuito amplificador inversor

V out (max ) V in (max )

Fórmula

3

En el circuit amplificador no inversor la senyal de sortida estarà en fase amb la senyal d’entrada i amplificada. Aquest circuit ens permet canviar el guany (A) de la manera que volguem.

Imatge 1: Passos per obtenir la funció de Vo en funció de Ri (R1), Rf(R2) i Vi

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Imatge 2: Schematic de l’amplificador operacional no inversor

Imatge 3: Gràfica de l’amplificador operacional no inversor

EJERCICIO 2 Simular un amplificador inversor sumador como el de la figura. Elegir las resistencias

para que

R1 = R2 =R →

RF =10 R

Conectar dos generadores de ondas sinusoidales de amplitud 0,7 V: 

Con la misma frecuencia y fase. (3,5 puntos) Agafem R1 i R2 = 1 Ohm, per tant, RF = 10 Ohms 5

El guany del circuit és de A =

Imatge 4: Schematic del circuit amplificador operacional sumador inversor

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Imatge 5: Grafica del circuit amplificador operacional sumador inversor amb mateixa freqüència i fase. 

Con la frecuencia uno el doble que el otro y observar qué ocurre a la salida. (1,5 puntos) Deixem la freqüència de V2 a 1Hz i posem la freqüència de V1 a 2Hz

Imatge 6: Amplificdor operacional sumador inversor amb la FREQ(V1) = 2*FREQ(V2)

Imatge 7: Grafic del sumador inversor amb la FREQ(V1) = 2*FREQ(V2) 7

Demostració de la fórmula del circuit sumador inversor: Apliquem lleis de Kirchoff: I3 = I2 + I1  On I1 i I2 són les intensitats sortints de les fonts V1 i V2 Calculem I1 i I2  I1 = V1/R1

I2 = V2/R2

 I3 = V1/R1 + V2/R2 Llavors tenim que -Vout = I3 * RF: -Vout = (RF*V1)/R1 + (RF*V2)/R2

Circuito sumador inversor

Fórmula

Aquest circuit suma les senyals d’entrada i genera una sortida única, la qual estarà invertida i amplificada. NOTA: usar las fuentes de voltaje VSIN, con VOFF=0 y eligiendo los valores VAMPL y FREQ que correspondan.

DOCUMENTACIÓN A ENTREGAR. Para cada ejercicio se debe entregar: 

Una explicación teórica de cómo funciona el circuito y el desarrollo matemático de la fórmula.

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Escribir las resistencias que se han usado en cada caso y la ganancia de los circuitos.

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Esquema del circuito simulado. Captura de pantalla del Schematics con etiquetas para mejor comprensión.



Gráfica mostrando la(s) entrada(s) y la(s) salida(s) de cada circuito. Explicación de qué hace el circuito con ayuda de las gráficas.

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