sábado, 26 de mayo de 2012

Trabajo Práctico Nº 6 - Restador



Introducción Teórica



Un Amplificador Operacional es un circuito electrónico que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor G (ganancia).
La característica principal del amplificador operacional restador, es la amplificación de la diferencia de las tensiones de entrada. Tiene el inconveniente de que disminuye la impedancia de entrada del amplificador sensiblemente ademas de que las dos resistencias R1 y las dos R2 tienen que ser iguales.
El amplificador operacional restador básico puede considerarse que está formado por un amplificador operacional inversor y por otro amplificador operacional no inversor.




Para resistencias independientes R1,R2,R3,R4:










El lm741 le otorga al circuito alta ganancia y el amplio rango de voltaje de operación proporcionan unas excelentes características aprovechadas para amplificadores en general. Además posee la capacidad de anular el voltaje de off-set. 
Es un amplificador operacional monolítico de altas características. Se ha diseñado para una alta gama de aplicaciones analógicas.
Un alto rango de voltaje en modo común y ausencia de lacthup tienden a hacer el LM741 ideal para usarlo como un seguidor de tensión.
La alta ganancia y el amplio rango de voltaje de operación proporcionan unas excelentes características aprovechadas para amplificadores en general.



Desarrollo de la Práctica



1) A continuación se realizan los cálculos para determinar los valores de Rf y de R1, teniendo como datos los valores de Vc (3V) y de Vref (1V):








Siendo el valor designado para R1 47K:




2) En la imagen de abajo, se muestra el armado del siguiente circuito:






3) Se ajustaron los valores de Vc y Vref según se pide en el Tp, y se obtuvieron los siguinetes resultados:


Ajustando R3, se intentó fijar los valores de Vc y Vref en 1V:





 A 30°C, Vo es casi nula.


Ajustando Rf, se intentó fijar Vc 3V:







A 40°C, Vo mide casi 5v

Los valores de Vo no son exactos, pues no se puede calibrar exactamente Vc y Vref.


4) El gráfico a continuación, muestra Vo en función de Vc:










Conclusiones

En esta práctica, observamos el funcionamiento del amplificador 741 en la configuración de restador. 
Aprendimos que podemos simular un transductor de manera sencilla, y que adaptando los valores de ciertos componentes también variamos la temperatura del circuito.
Los valores de la tensión de salida Vo, que es la que simula los distintos valores de temperatura, nunca son exactos, ya que no se pueden calibrar perfectamente Vc y Vref.







lunes, 7 de mayo de 2012

Trabajo Práctico Nº 5 - Amplificadores Operacionales


Introducción Teórica



Un amplificador operacional, es un circuito electrónico que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia).
El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene la capacidad de manejo de señal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante, tiene además limites de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de volt (especificación también definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se caracterizan pro su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100dB.

Las características principales de un operacional son:


La impedancia de entrada es muy alta, del orden de megohms.

La impedancia de salida Zout es muy baja, del orden de 1 ohm

Las entradas apenas drenan corriente, por lo que no suponen una carga.

La ganancia es muy alta, del orden de 10^5 y mayor.

En lazo cerrado, las entradas inversora y no inversora son prácticamente iguales.

El símbolo de un amplificador es el mostrado en la siguiente figura:


                                     Los terminales son:
                                             
V+: entrada no inversora

V-: entrada inversora

VOUT: salida

VS+: alimentación positiva

VS-: alimentación negativa




Circuitos básicos con operacionales




1. Amplificador no inversor


Por la característica 5), -vin = vin
R1 y R2 forman un divisor de tensión, cuya entrada es vout y la salida del divisor es –vin.

O sea:

-vin = vin = vout R1 / (R1+R2)
Ganancia = Av = vout/vin = 1+R2/R1

La impedancia de entrada Zin es muy elevada, mientras que la impedancia de salida Zout vale unas décimas de ohm.



2. Amplificador inversor


La entrada no inversora está a tierra, y por la característica 5), A también lo estará. Por tanto, la tensión en R2 vale vout, y la tensión en R1 vale vin, y por tanto la ganancia vale:

Av = -vout / vin = -R2 / R1

El signo menos por ser la señal invertida en fase.

La impedancia de entrada Zin vale R1, puesto que como dijimos, A está puesto a tierra a efectos prácticos. La impedancia de salida Zout vale una fracción de ohm.



3. Buffer o seguidor


Se trata de un amplificador no inversor cuya resistencia R1 vale infinito y R2 vale cero y ganancia unidad.
Tiene una impedancia de entrada Zin muy elevada, y una impedancia de salida Zout muy pequeña. Por este motivo se utiliza principalmente para aislar dos circuitos, de manera que el segundo no resulte una carga para el primero, pues la impedancia vista será la altísima Zin del operacional. En este caso se dice que U1 sirve para “adaptar impedancias”.
Existen operacionales especiales para utilizarlos como buffers, como el LM310 o el OPA633.


4. Restador





El circuito de la figura resta las señales de entrada y el resultado se amplifica con la ganancia
Av = R2/R1

Es decir:

Vo = R2/R1 (V2-V1)



5. Sumador



El circuito sumador es una variante del restador presentado anteriormente.
El punto A es una tierra virtual y por tanto la corriente de entrada vale:

Iin = V1/R + V2/R + V3/R

Se obtiene:

Vout = -(V1+V2+V3)
Las entradas pueden ser positivas o negativas. En el caso de que las resistencias sean diferentes entre sí, se obtiene una suma ponderada. Esto vale por ejemplo para hacer un sumador binario si las resistencias fuesen por ejemplo R, 2R, 4R, 8R, etc., y de hecho constituye el fundamento de un convertidor analógico-digital (ADC: Analog to Digital Converter).



Desarrollo de la Práctica



6) A continuación las señales de entrada y de salida del amplificador con Vs = 50mVpp y una frecuencia de 1KHz.



Señal de entrada


Señal de Salida


7)  No se producen cambios en el funcionamiento del circuito y mantiene la misma o aproximada amplificación, ya que ambos, trabajando a una frecuencia de 1KHz, tienen la misma repuesta en frecuencia.




Señales del LM741 y del TL081



8) En las siguientes señales se demuestra que la ganancia de tensión deja de responder al cociente entre R2 y R1, al inyectar frecuencias altas, progresivamente, hasta llegar a los 1MHz.




Señal a una frecuencia de 1Khz



Señal a una frecuencia de 100KHz


Señal a una frecuencia de 1MHz


9)  Ajustamos el generador de señales a una frecuencia de 1 KHz, se midió la impedancia de entrada del amplificador inversor entre los terminales Vs y se utilizó el método de la máxima transferencia de energía obteniendo como resultado 8.13 K.

Amplificador No Inversor



10)
 Definición de [dB] 

dB = 20 . Log (Avs) 

26dB = 20 . Log (Avs) 

26dB/20 = Log (Avs) 

1,3 = log (Avs) 

10^1,3 = Avs 

Avs = 19,9526 

Avs ► 20


                                       Avs = 1 + Rf/R         siendo Rf = 120K 

    R = 120K/18,9526

R = 6,331k

Los criterios utilizados para los cálculos de los componentes externos, fueron el de suponer Rf como una resistencia mayor a 100K, en este caso 120K por valores comerciales, y luego se despejo R de dividir RF/(Avs-1), obteniendo como resultado 6,331K. Se utilizó para esta última una resistencia de 6,34K aproximando su valor a una de valor comercial.


11) A continuación se pueden observar las señales de entrada y de salida de un amplificador operacional no inversor funcionando.


Señal de entrada del amplificador operacional no inversor


Señal de salida del amplificador operacional no inversor 


12) Circuito esquemático del Amplificador operacional no inversor.






















Conclusiones

Un amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de manejo de señales normales o definidas por fabricantes. Se utilizó el A.O. en sus tres formas básicas y se tomaron mediciones de sus ganancias. No hubo diferencia en las mediciones entre el LM741 y el TL081. La ganancia del A.O. deja de responder al cociente entre R2 y R1 cuando la frecuencia supera los 80 KHz. Se pudo comprobar el funcionamiento del OFFSET en el Amplificador Operacional con la configuracion de Amplificador Inversor.