Actividad 1: Amplificador en lazo abierto.
Circuito comparador de lazo abierto no inversor.
Para un valor de đ?‘‰đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘“ de 0V como podemos observar obtenemos a la salida una seĂąal cuadrada con las siguientes caracterĂsticas: Para el voltaje alcanzado tanto en el pico positivo y negativo, tenemos:
đ?‘‰đ?‘?(+) = đ?‘›Âş đ??ˇđ?‘–đ?‘Ł đ?‘‰đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘Ą ∗ Para esta actividad se realizĂł el siguiente montaje:
đ?‘‰đ?‘œđ?‘™đ?‘Ą đ??ˇđ?‘–đ?‘Ł
= 1 ∗ 5 = 5đ?‘‰đ?‘?
y
đ?‘‰đ?‘?(−) = đ?‘›Âş đ??ˇđ?‘–đ?‘Ł đ?‘‰đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘Ą ∗
đ?‘‰đ?‘œđ?‘™đ?‘Ą đ??ˇđ?‘–đ?‘Ł
= 2 ∗ 5 = 10đ?‘‰đ?‘?
Evidenciamos que no existe simetrĂa entre ambos semiciclos de la seĂąal de salida. SĂ consideramos que a la salida tenemos un diodo led junto a una resistencia limitadora de corriente de 100â„Ś y que este conjunto estarĂĄ activado solo para la parte positiva de la misma; realizando los correspondientes cĂĄlculos del consumo de tensiĂłn del mencionado conjunto led y resistencia, tenemos que:
đ?‘‰đ?‘œđ?‘˘đ?‘Ą(+) = đ?‘‰đ?‘™đ?‘’đ?‘‘ + đ?‘‰đ?‘… = đ?‘‰đ?‘™đ?‘’đ?‘‘ + (đ??źđ?‘™đ?‘’đ?‘‘ ∗ đ?‘…) = 3đ?‘‰ + (20đ?‘šđ??´ ∗ 100â„Ś) = 5đ?‘Ł
Y se obtuvieron las siguientes seĂąales de entrada y salida:
Donde đ?‘‰đ?‘™đ?‘’đ?‘‘ = 3đ?‘Ł e đ??źđ?‘™đ?‘’đ?‘‘ = 20đ?‘šđ??´ son los parĂĄmetros de funcionamiento normal del led. Para la parte positiva de la seĂąal de salida entonces, đ?‘‰đ?‘œ queda fijado al voltaje del conjunto del diodo led y de su resistencia limitadora de corriente. AdemĂĄs, para el cĂĄlculo del ciclo Ăştil tenemos:
% đ?‘‘đ?‘’ đ??śđ?‘–đ?‘?đ?‘™đ?‘œ đ?‘ˆđ?‘Ąđ?‘–đ?‘™ = đ??ˇ =
đ?œ? ∗ 100% Ń‚
donde đ?œ? es el tiempo del pulso en alto y periodo de la onda. Luego, el cĂĄlculo del ciclo Ăştil D se resume como:
Ń‚
el
đ??ˇ=
đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘?đ?‘˘đ?‘™đ?‘ đ?‘œ đ?‘’đ?‘› đ?‘Žđ?‘™đ?‘Ąđ?‘œ ∗ 100% đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘‘đ?‘’đ?‘™ đ?‘?đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘œđ?‘‘đ?‘œ 2.4 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł = ∗ 100% = 51% 4.7 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł
Para un valor de đ?‘‰đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘“ de 4.12V obtenemos la siguiente seĂąal a la salida:
Para el cĂĄlculo del ciclo Ăştil, tenemos:
đ??ˇ=
đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘?đ?‘˘đ?‘™đ?‘ đ?‘œ đ?‘’đ?‘› đ?‘Žđ?‘™đ?‘Ąđ?‘œ ∗ 100% đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘‘đ?‘’đ?‘™ đ?‘?đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘œđ?‘‘đ?‘œ 0.48 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł = ∗ 100% 4.7 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł = 10.2%
Cabe destacar que en cada caso ocurre el mismo fenĂłmeno de asimetrĂa a la salida del amplificador operacional, fijĂĄndose asĂ la tensiĂłn de salida para el semiciclos positivo al del conjunto led y resistencia limitadora.
AnĂĄlisis de funcionamiento del circuito:
Para el cĂĄlculo del ciclo Ăştil, tenemos:
đ??ˇ=
đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘?đ?‘˘đ?‘™đ?‘ đ?‘œ đ?‘’đ?‘› đ?‘Žđ?‘™đ?‘Ąđ?‘œ ∗ 100% đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘‘đ?‘’đ?‘™ đ?‘?đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘œđ?‘‘đ?‘œ 1.2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł = ∗ 100% 4.7 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł = 25.5%
Para un valor de đ?‘‰đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘“ de 5.74V obtenemos la siguiente seĂąal a la salida:
Como cualquier amplificador operacional en lazo abierto, este funciona como comparador y debido a su alta ganancia, cualquier mĂnimo cambio en la diferencia de potencial entre las terminales inversora y no inversora causa una saturaciĂłn a la salida. AsĂ, para cada vez que la seĂąal de salida supera positivamente el voltaje de referencia (đ?‘‰đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘“ ) la seĂąal de salida se saturara positivamente y anĂĄlogamente ocurrirĂĄ cuando la seĂąal de entrada supere negativamente dicho voltaje. Sin embargo, mĂĄs allĂĄ de simplemente de funcionar como un detector de voltaje positivo o negativo, nuestro circuito nos permite tener un tren de pulsos con ciclo Ăştil variable. Esto se obtiene ajustando el voltaje de referencia. Ya que el circuito compara el voltaje de entrada con el de referencia colocado en el terminal inversor, el tiempo en que la seĂąal sinusoidal sea mayor que el voltaje de referencia serĂĄ el tiempo en que del pulso en alto, es decir, en saturaciĂłn positiva mientras que el tiempo en que la entrada sea menor (no necesariamente negativa) a dicho voltaje de referencia serĂĄ el
tiempo del pulso en bajo, es decir, en saturaciĂłn negativa.
Circuito comparador de lazo abierto inversor.
Para un valor de đ?‘‰đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘“ de 0V como podemos observar obtenemos a la salida una seĂąal cuadrada con las siguientes caracterĂsticas:
Para el voltaje alcanzado tanto en el pico positivo y negativo, tenemos:
đ?‘‰đ?‘?(+) = đ?‘›Âş đ??ˇđ?‘–đ?‘Ł đ?‘‰đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘Ą ∗
Para esta actividad se realizĂł el siguiente montaje:
đ?‘‰đ?‘œđ?‘™đ?‘Ą đ??ˇđ?‘–đ?‘Ł
= 1 ∗ 5 = 5đ?‘‰đ?‘? y
đ?‘‰đ?‘?(−) = đ?‘›Âş đ??ˇđ?‘–đ?‘Ł đ?‘‰đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘Ą ∗
đ?‘‰đ?‘œđ?‘™đ?‘Ą đ??ˇđ?‘–đ?‘Ł
=2∗5 = 10đ?‘‰đ?‘?
Para el cĂĄlculo del ciclo Ăştil, tenemos:
đ??ˇ=
Y se obtuvieron las siguientes seĂąales de entrada y salida:
=
đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘?đ?‘˘đ?‘™đ?‘ đ?‘œ đ?‘’đ?‘› đ?‘Žđ?‘™đ?‘Ąđ?‘œ ∗ 100% đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘‘đ?‘’đ?‘™ đ?‘?đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘œđ?‘‘đ?‘œ 2.4 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł 4.8 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł
∗ 100% = 50%
Notamos como de nuevo tenemos el mismo fenĂłmeno a la salida para el semiciclo positivo, justificado anteriormente. Para un valor de đ?‘‰đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘“ de 4.23V obtenemos la siguiente seĂąal a la salida:
=
4.3 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 100% 4.8 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł
= 89.5%
AnĂĄlisis de funcionamiento del circuito:
Para el cĂĄlculo del ciclo Ăştil, tenemos:
đ??ˇ= =
đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘?đ?‘˘đ?‘™đ?‘ đ?‘œ đ?‘’đ?‘› đ?‘Žđ?‘™đ?‘Ąđ?‘œ ∗ 100% đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘‘đ?‘’đ?‘™ đ?‘?đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘œđ?‘‘đ?‘œ 3.6 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 100% = 75% 4.8 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł
Para un valor de đ?‘‰đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘“ de 5.76V obtenemos la siguiente seĂąal a la salida:
De nuevo, con nuestro amplificador operacional en lazo abierto, este funciona como comparador y debido a su alta ganancia, cualquier mĂnimo cambio en la diferencia de potencial entre las terminales inversora y no inversora causa una saturaciĂłn a la salida. Este circuito tambiĂŠn nos permite tener un tren de pulsos con ciclo Ăştil variable ajustando el voltaje de referencia. Dicho circuito compara el voltaje de entrada con el de referencia colocado esta vez en el terminal no inversor, asĂ que para el tiempo en que la seĂąal sinusoidal sea mayor que el voltaje de referencia serĂĄ el tiempo en que del pulso en bajo, es decir, en saturaciĂłn negativo mientras que el tiempo en que la entrada sea menor (no necesariamente negativa) a dicho voltaje de referencia serĂĄ el tiempo del pulso en alto, es decir, en saturaciĂłn positiva. Este efecto se da ya que hemos invertido las entradas del amplificador operacional y con esto las referencias de voltaje en las mismas. AsĂ para cuando el voltaje de entrada es mayor al de referencia la diferencia de potencial đ??¸đ?‘‘ serĂĄ negativa y obtendremos asĂ una saturaciĂłn negativa y viceversa para cuando đ??¸đ?‘‘ sea positiva obteniendo asĂ una salida invertida.
Para el cĂĄlculo del ciclo Ăştil, tenemos:
đ??ˇ=
đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘?đ?‘˘đ?‘™đ?‘ đ?‘œ đ?‘’đ?‘› đ?‘Žđ?‘™đ?‘Ąđ?‘œ ∗ 100% đ?‘›Âş đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ?‘‘đ?‘’đ?‘™ đ?‘?đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘œđ?‘‘đ?‘œ
Actividad 2: multinivel.
Circuito
comparador
Para esta actividad se realizó el siguiente montaje:
Este circuito emplea varios amplificadores operacionales como comparadores de voltaje, todos dentro del mismo circuito integrado. Mientras antes teníamos una fuente DC como voltaje de referencia para este montaje dichos voltajes se obtienen de un divisor de tensión, cada uno mayor que el anterior. Otra diferencia respecto a la actividad anterior es que se ha alimentado con 9V y 0V respectivamente a las entradas Vcc y Vee del circuito integrado por lo que simplemente la saturación negativa será de 0V. Así para una misma entrada en común para todos los comparadores de voltaje, cada amplificador operacional se encargará de comparar ese voltaje de entrada con su respectivo voltaje de referencia, si esta diferencia es positiva a la salida tendremos una saturación positiva lo que en nuestro caso encenderá el respectivo led que indica que el voltaje de entrada ha superado un determinado nivel de voltaje, en caso
contrario el led simplemente no encenderá ya que como mencionamos anteriormente la saturación negativa es de 0V.
Para un voltaje de entrada DC de 7V obtenemos la siguiente salida en el circuito:
Considerando las mediciones realizadas en el divisor de tensión alimentado también por la fuente de 9V y con el potenciómetro ajustado a 1kΩ podemos obtener los siguientes niveles de voltaje. Nivel 1: 1.85V | Nivel 2: 3.53V | Nivel 3: 5.48V | Nivel 4: 7.25V
Con lo cual evidenciamos el correcto funcionamiento de nuestro circuito. La señal de entrada solo supera los 3 primeros niveles de voltaje y solo se encienden los 3 leds correspondientes a dichos niveles, pese a estar muy cerca del nivel 4 este no se enciende con lo cual notamos la precisión del circuito. Esto último está determinado a lo que bien podamos ajustar el divisor de tensión. Si en lugar de ajustar una fuente DC manualmente para variar el voltaje de entrada, automatizamos este proceso con el uso de un generador de señales triangulares
podemos observar como para las rampas de subida y bajada se encienden y apagan los leds, siendo el primero el que mĂĄs tiempo se mantiene encendido y el ultimo el que mĂĄs parpadea, esto Ăşltimo debido al tiempo en que la seĂąal de entrada supera cada nivel de voltaje, mientras que los picos se alcanzan durante un breve periodo de tiempo, el tiempo en que se supera el primer nivel es mayor.
para cualquier voltaje fuera del intervalo la salida serĂĄ de 0V. Para lograr obtener los voltajes de referencia que serĂĄn los lĂmites de nuestro intervalo se emplearon 2 divisores de tensiĂłn para lograr 1V y 5V respectivamente a partir de la fuente de alimentaciĂłn de 9V de todo el circuito. Para Va = 5V.
Actividad ventana.
3:
Circuito
detector
de
�� =
đ?‘…đ?‘Ž2 đ?‘…đ?‘Ž1 +đ?‘…đ?‘Ž2
∗ đ?‘‰đ?‘?đ?‘? ,
con
đ?‘‰đ?‘?đ?‘? = 9đ?‘‰
y
suponiendo đ?‘…đ?‘Ž2 = 10đ?‘˜â„Ś, despejamos đ?‘…đ?‘Ž1
đ?‘…đ?‘Ž1 = 8đ?‘˜â„Ś Para esta actividad se realizĂł el siguiente montaje: Para Vb = 1V.
đ?‘‰đ?‘? =
đ?‘…đ?‘?2 đ?‘…đ?‘?1 +đ?‘…đ?‘?2
∗ đ?‘‰đ?‘?đ?‘? ,
con
đ?‘‰đ?‘?đ?‘? = 9đ?‘‰
y
suponiendo đ?‘…đ?‘?2 = 560â„Ś, despejamos đ?‘…đ?‘?1
đ?‘…đ?‘Ž1 = 4.5đ?‘˜â„Ś Con una fuente DC a la entrada del circuito, variando su valor de voltaje obtenemos las siguientes salidas usando el modo X/Y del osciloscopio.
Este circuito usa 2 comparadores en lazo abierto para detectar voltaje, pero a diferencia de montajes anteriores los 2 amplificadores operaciones tendrĂĄn su salida activa al mismo tiempo, pues uno se encarga de detectar si el voltaje es menor a un lĂmite superior y el otro si es mayor a un lĂmite inferior. Mientras que dicho voltaje de entrada este en un intervalo conformado por los limites antes mencionados, la salida serĂĄ de saturaciĂłn positiva para ambos amplificadores operacionales, mientras que
Para Vi = 0.9V
Obtenemos la siguiente función de transferencia mediante el uso del modo X/Y del osciloscopio.
Para Vi = 3V
Donde podemos apreciar de una mejor manera la ventana que se forma para varios valores de Vi además de apreciar mejor sus límites y cuando tenemos o no salida en el circuito.
Para Vi = 5.2V
Como podemos ver el detector de ventana solo tiene salida igual al voltaje de saturación positiva para aquellos valores de tensión a la entrada que se encuentren dentro de los límites establecidos por los voltajes de referencia que fijamos con los divisores de tensión. Al igual que para la actividad anterior, si sustituimos el voltaje de entrada variable manualmente por una señal triangular desde un generador de funciones, podremos ver mejor como trabaja el detector de ventana para todos los voltajes posibles entre -7V y 7V, ya que dicha señal triangular tendrá esa amplitud 7V.
Actividad 4: Amplificador en lazo cerrado.
Amplificador inversor.
Para esta actividad con Ri = Rf = 1kâ„Ś se realizĂł el siguiente montaje:
aparece inalterable, sin embargo, estĂĄ reflejada sobre el eje X, con lo cual observamos que posee 180Âş de desfase respecto a la seĂąal de entrada, por lo que se dice que la salida esta invertida respecto a la entrada.
Para la ganancia del amplificador tenemos que: đ??´đ?‘Ł =
đ?‘‰đ?‘œ −2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł = = −1 đ?‘‰đ?‘– 2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł
Usando el modo X/Y del osciloscopio obtenemos la siguiente funciĂłn de transferencia:
Y se obtuvieron las siguientes seĂąales de entrada y salida:
Tenemos una recta de pendiente negativa, donde la pendiente representa la ganancia que tendrĂĄ el amplificador, al ser de 135Âş se puede interpretar que la salida serĂĄ igual a la entrada, pero reflejada respecto al eje Y, es decir, con polaridad contraria a la seĂąal de entrada.
Como se puede apreciar, en cuanto a amplitud y frecuencia la seĂąal de salida
Para Ri = 1kâ„Ś y Rf = 2kâ„Ś se obtuvieron las siguientes seĂąales de entrada y salida:
Esta vez la pendiente es mĂĄs elevada, asĂ la ganancia del amplificador tambiĂŠn lo serĂĄ respecto al caso anterior ademĂĄs de seguir invirtiendo la seĂąal de salida respecto a la entrada.
Para Ri = 2kâ„Ś y Rf = 1kâ„Ś se obtuvieron las siguientes seĂąales de entrada y salida:
Para la ganancia del amplificador tenemos que: đ??´đ?‘Ł =
đ?‘‰đ?‘œ −3.8 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł = = −1.9 ≅ −2 đ?‘‰đ?‘– 2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł
Esta vez la amplitud de la seĂąal de salida aparece amplificada al doble de la seĂąal de entrada y sigue estando reflejada sobre el eje X, con lo cual de nuevo observamos que posee 180Âş de desfase respecto a la seĂąal de entrada.
Para la ganancia del amplificador tenemos que: đ??´đ?‘Ł =
Usando el modo X/Y del osciloscopio obtenemos la siguiente funciĂłn de transferencia:
đ?‘‰đ?‘œ −1 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł = = −0.5 đ?‘‰đ?‘– 2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł
Ahora la amplitud de la seĂąal de salida aparece atenuada a la mitad de la seĂąal de entrada y sigue estando reflejada sobre el eje X, con lo cual de nuevo observamos que posee 180Âş de desfase respecto a la seĂąal de entrada.
Usando el modo X/Y del osciloscopio obtenemos la siguiente funciĂłn de transferencia:
La pendiente para este caso es menor, la ganancia del amplificador tambiĂŠn lo serĂĄ respecto a los casos anteriores, ademĂĄs de seguir invirtiendo la seĂąal de salida respecto a la entrada.
Y se obtuvieron las siguientes seĂąales de entrada y salida:
Funcionamiento del circuito: Para cada caso analizado tenemos un amplificador inversor con retroalimentaciĂłn negativa, esto quiere decir que la ganancia estĂĄ controlada por los elementos del circuito externos al amplificador operacional y ya que la entrada de seĂąal estĂĄ en el terminal inversor la salida serĂĄ opuesta en fase a la seĂąal de entrada. Esto Ăşltimo lo hemos podido confirmar comparando la seĂąal de salida y entrada, ademĂĄs de verificar que para cada caso se cumple la relaciĂłn đ??´đ?‘‰ =
−đ?‘…đ?‘“ đ?‘…đ?‘–
teniendo a la
salida la misma seĂąal de entrada, el doble de ella y la mitad respectivamente para sus valores de đ?‘…đ?‘“ y đ?‘…đ?‘– .
Para este caso la amplitud de la seĂąal de salida es el doble de la de entrada, la frecuencia aparece inalterable y ademĂĄs no posee ningĂşn tipo de desfase con respecto a la seĂąal de entrada.
Para la ganancia del amplificador tenemos que:
Amplificador no inversor. Para esta actividad con Ri = Rf = 1kâ„Ś se realizĂł el siguiente montaje:
đ??´đ?‘Ł =
đ?‘‰đ?‘œ 4 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł = =2 đ?‘‰đ?‘– 2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł
Usando el modo X/Y del osciloscopio obtenemos la siguiente funciĂłn de transferencia:
Circuito Sumador Inversor.
Para esta actividad con R1 = R2 = Rf = 1kâ„Ś se realizĂł el siguiente montaje:
Tenemos una recta de pendiente positiva, donde la pendiente representa la ganancia que tendrĂĄ el amplificador, al ser de 75Âş se puede interpretar que la salida serĂĄ el doble de la entrada y sin ser reflejada respecto al eje Y, es decir, con polaridad igual a la seĂąal de entrada.
Y se obtuvieron las siguientes seĂąales de entrada y salida:
Funcionamiento del circuito: Como todo amplificador operacional con realimentaciĂłn negativa, tendremos para este caso tambiĂŠn un amplificador con ganancia dependiente de los elementos del circuito externos al amplificador operacional. En este caso en particular la entrada de seĂąal estĂĄ en la terminal no inversora asĂ que el voltaje diferencial (đ??¸đ?‘‘ ) serĂĄ amplificado teniendo a la salida una seĂąal sin ningĂşn tipo de desfase, ya que la polaridad de este voltaje diferencial no se ha invertido. Comparando la seĂąal de salida y entrada, verificamos que se cumple la relaciĂłn đ??´đ?‘‰ =
1+
đ?‘…đ?‘“ đ?‘…đ?‘–
Donde a la entrada tendremos 2 seĂąales, una sinusoidal de 2Vpico y una seĂąal DC de 1V.
teniendo a la salida el doble de la
seĂąal de entrada para los respectivos valores El LM741CN / NOPB es un amplificador operacional de propĂłsito general que cuenta con un rendimiento mejorado sobre los estĂĄndares de la industria como el LM709. El LM741 ofrece muchas caracterĂsticas que hacen que su aplicaciĂłn sea casi a prueba de protecciĂłn de sobrecarga en la entrada y la salida, no latch-up cuando se supera el rango de modo comĂşn, asĂ como la libertad de oscilaciones.
Pese a que la salida esta desplazada un nivel DC, la ganancia del amplificador es de: đ??´đ?‘Ł =
đ?‘‰đ?‘œ −2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł = = −1 đ?‘‰đ?‘– 2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł
Usando el modo X/Y del osciloscopio obtenemos la siguiente funciĂłn de transferencia:
AdemĂĄs de ello cada seĂąal de entrada posee su propia đ?‘…đ?‘– por lo que para cada seĂąal de entrada existirĂĄ una ganancia independiente de la ganancia del resto de las seĂąales. AsĂ para las seĂąales de entrada V1 y V2 obtenemos una superposiciĂłn de las mismas a la salida y para los valores de R1, R2 y Rf respectivos tenemos una ganancia de -1 para ambas. Es por ello que no solo tenemos una seĂąal sinusoidal invertida respecto a la seĂąal de entrada a la salida, sino que esta desplazada el valor de V2 hacia abajo a pesar de ser este nivel DC positivo.
Circuito Sumador no inversor.
Para esta actividad con R1 = R2 = Ri = Rf = 1kâ„Ś se realizĂł el siguiente montaje:
Al igual que en casos anteriores la pendiente de la recta obtenida en la funciĂłn de transferencia representa la ganancia del amplificador, donde podemos comprobar que efectivamente es de -1 ya que la recta tiene una pendiente de 135Âş, sin embargo, dicha recta no pasa por el origen sino por un punto en el eje Y cercano a -1V y este desplazamiento es el voltaje DC que se suma a la seĂąal sinusoidal a la entrada.
Funcionamiento del circuito: Tenemos un amplificador operacional con retroalimentaciĂłn negativa y ademĂĄs de ello varias entradas en el terminal inversor, por lo cual y por la teorĂa de circuitos, tendremos una superposiciĂłn de dichas seĂąales a la entrada lo cual nos darĂĄ como resultado la suma de las mismas.
Y se obtuvieron las siguientes seĂąales de entrada y salida:
ganancia del amplificador, donde podemos comprobar que es igual a 1 (ya que la recta tiene una pendiente de 45Âş) a pesar de tener nuestra seĂąal de entrada en el terminal no inversor, sin embargo, dicha recta no pasa por el origen sino por un punto en el eje Y cercano a 1V y este desplazamiento es el voltaje DC que se suma a la seĂąal sinusoidal a la entrada.
Funcionamiento del circuito:
Donde a la entrada tendremos 2 seĂąales, una sinusoidal de 2Vpico y una seĂąal DC de 1V.
Y pese a que la salida esta desplazada un nivel DC, la ganancia del amplificador es de: đ??´đ?‘Ł =
đ?‘‰đ?‘œ 2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł = =1 đ?‘‰đ?‘– 2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł
Usando el modo X/Y del osciloscopio obtenemos la siguiente funciĂłn de transferencia:
Tenemos un amplificador operacional con retroalimentaciĂłn negativa y ademĂĄs de ello varias entradas en el terminal no inversor, por lo cual, de nuevo tendremos una superposiciĂłn de dichas seĂąales a la entrada lo cual nos darĂĄ como resultado la suma de las mismas. Cada seĂąal de entrada posee su propia đ?‘…đ?‘– , asĂ cada seĂąal de entrada tendrĂĄ una ganancia independiente de la ganancia del resto de las seĂąales. Para las seĂąales de entrada V1 y V2 obtenemos una superposiciĂłn de las mismas a la salida y para los valores de R1, R2, Ri y Rf respectivos tenemos una ganancia de 1 para ambas, a pesar de que siempre que se usa la terminal no inversora se tiene una ganancia superior a 1, las entradas estĂĄn multiplicadas por un factor de atenuaciĂłn dadas por el divisor de tensiĂłn formado a la entrada cuando apagamos una u otra fuente para el estudio de la superposiciĂłn de dichas seĂąales. AsĂ, tenemos una seĂąal sinusoidal que esta desplazada el valor de V2 hacia arriba siempre que el nivel DC aplicado a la entrada sea positivo.
La pendiente de esta recta obtenida en la funciĂłn de transferencia que representa la
Circuito Restador. Para esta actividad con R1 = R2 = R3= Rf = 1kâ„Ś se realizĂł el siguiente montaje:
Y se obtuvieron las siguientes seĂąales de entrada y salida:
Usando el modo X/Y del osciloscopio obtenemos la siguiente funciĂłn de transferencia:
La pendiente de esta recta obtenida en la funciĂłn de transferencia que representa la ganancia del amplificador, donde podemos comprobar que es igual a 1 (ya que la recta tiene una pendiente de 45Âş) y de nuevo, dicha recta no pasa por el origen sino por un punto en el eje Y cercano a -1V y este desplazamiento es el voltaje DC que se suma a la seĂąal sinusoidal a la entrada.
Funcionamiento del circuito:
Donde a la entrada tendremos 2 seĂąales, una sinusoidal de 2Vpico y una seĂąal DC de 1V. Pese a que la salida esta desplazada un nivel DC, la ganancia del amplificador es de: đ?‘‰đ?‘œ 2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł đ??´đ?‘Ł = = =1 đ?‘‰đ?‘– 2 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł ∗ 1 đ?‘Łđ?‘œđ?‘™đ?‘Ą/đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ł
Tenemos un amplificador operacional con retroalimentaciĂłn negativa y para este caso las entradas estĂĄn tanto en el terminal no inversor como en el inversor, por lo cual, nuestro amplificador se comportarĂĄ como un amplificador diferencial, aunque si hacemos superposiciĂłn de las seĂąales de entrada obtendremos que al final a la salida tendremos la resta o diferencia de las entradas. Cada seĂąal de entrada posee su propia đ?‘…đ?‘– , asĂ cada seĂąal de entrada tendrĂĄ una ganancia independiente de la ganancia del resto de las seĂąales. Para las seĂąales de
entrada V1 y V2 obtenemos y para los valores de R1, R2, R3 y Rf respectivos tenemos una ganancia de 1 para ambas. De nuevo a pesar de que V1 está aplicado a la terminal no inversora dicha entrada está multiplicada por un factor de atenuación dada por el divisor de tensión en la entrada. Así, tenemos una señal sinusoidal que esta desplazada el valor de V2 hacia bajo siempre que el nivel DC aplicado a la entrada sea positivo, restando así este nivel DC a la señal sinusoidal.
Cabe destacar además que su comportamiento es similar al del sumador inversor con el detalle de no invertir la señal sinusoidal, más si desplaza dicha señal hacia abajo al igual que el antes mencionado circuito.
Conclusiones generales de la práctica.
Como hemos podido constatar con todas las actividades experimentales, los amplificadores operacionales son circuitos muy útiles en diversos tipos de aplicaciones y podemos considerar su funcionamiento en 2 tipos, con lazo abierto y lazo cerrado.
Para el uso de amplificadores operaciones en lazo abierto, se recomienda su uso cuando necesitemos comparar distintos voltajes, ya sean 2 entradas distintas o una entrada con un voltaje de referencia. Este tipo de circuitos tiene muchas aplicaciones como circuitos donde requiramos una activación de algún otro modulo especifico bajo una condición de tensión que compararemos con una referencia. Cabe destacar que los circuitos integrados están diseñados para trabajar en saturación positiva o negativa un tiempo indefinido sin sufrir daños por lo que un uso prolongado de este tipo de configuración no dañara en modo alguno dicho circuito integrado. Si además podemos con una señal de entrada controlar los tiempos en que nuestro comparador entra en saturación tanto positiva como negativa podemos tener un tren de pulsos con ciclo útil ajustable y de frecuencia igual a la de la señal de entrada por lo que es otra aplicación interesante a tener en cuenta. No estamos tampoco limitados al uso de un solo comparador, podemos añadir más y obtener por ejemplo un comparador multinivel
que podría servir más allá de encender leds, si bien a la salida cada comparador tiene el mismo voltaje, cada uno se encenderá a un nivel de entrada distinto y a un tiempo distinto lo que da cabida a circuitos de aplicación interesantes.
Cuando a nuestro amplificador operacional le añadimos una retroalimentación negativa para tener un mayor control en su ganancia se abre otro abanico de posibilidades. La aplicación más simple de estos circuitos es la de amplificadores donde al emplear la terminal inversora como entrada de señal podemos usar nuestro amplificador operacional como seguidor de tensión, como amplificador o como atenuador, con el detalle de tener la señal invertida o desfasada 180º de la señal de entrada. Al usar la terminal no inversora como entrada de señal siempre tendremos una ganancia mayor a la unidad y sin ningún tipo de desfase respecto a la señal de entrada y cabe destacar que también podríamos llegar a usar este tipo de configuración como atenuador de la señal de entrada siempre y cuando coloquemos un divisor de tensión a la entrada no inversora. Sin embargo, otro tipo de circuitos que podemos llegar a hacer aprovechando las bondades de la alta impedancia de entrada de estos circuitos integrados es el de los circuitos sumadores o restadores, lo que nos permitirá no solo combinar “n” señales de entrada sino además amplificarlas o atenuar cada una de ellas individualmente.