circuitos con amplificadores operacionales -...

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PRÁCTICA 5 CIRCUITOS CON AMPLIFICADORES

OPERACIONALES.



CIRCUITOS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES MATERIAL:

• Circuito integrado (CI) amplificador operacional (AO) 741 • Resistencias de 1k2 (3 unidades), 2k2 (1), 3k3 (1) y 10 k (4). • Cables de conexión • Multímetro.

OBJETIVO:

Utilizando el AO integrado 741 se analizará el funcionamiento de este dispositivo en un conjunto de circuitos sencillos de amplia difusión. REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: El AO es un dispositivo integrado muy utilizado en diferentes tipos de circuitos. Su uso permite realizar operaciones útiles tales como la generación de formas de onda senoidales o cuadradas, la amplificación de señales, la combinación, integración y diferenciación de éstas, la rectificación, cambio de formas de onda… Este dispositivo se construye a partir de transistores, resistencias e incluso algún condensador. La circuitería que lo constituye es compleja, aunque es posible el estudio del mismo tratándolo como un bloque con las características que se han visto en las clases de teoría y problemas.

En la siguiente figura se muestra el símbolo empleado normalmente para representar un AO. Dispone de dos entradas, una inversora (–) que origina una señal de salida en oposición de fase a la que se aplica por ella y otra no inversora (+) que origina una señal de salida en fase. Se alimenta con dos tensiones continuas iguales pero de polaridad opuesta V+ (o +Vcc) y V– (o –Vcc), con un valor que suele ser de 12 o 15 V. Las tensiones continuas de alimentación o polarización normalmente se obtienen a partir de fuentes de alimentación simétricas.

El AO que se emplea en esta práctica es un clásico 741 fabricado por múltiples casas comerciales y de coste muy reducido. Este AO se comercializa en un CI con ocho pines o patillas como el de la siguiente figura.



Las patillas que hay que conectar para el montaje de los circuitos que se estudian en esta práctica son las siguientes:

• Patilla nº 3: entrada no inversora. • Patilla nº 2: entrada inversora. • Patilla nº 6: salida. • Patilla nº 7: alimentación V+. • Patilla nº 4: alimentación V–.

El resto no se van a conectar. 1.- ALIMENTACIÓN DEL AO.

Como se ha descrito en el apartado anterior la alimentación del AO se efectúa a través de las patillas 7 y 4 del CI. Se van a utilizar valores de +12 V y –12 V respectivamente para la alimentación del AO. Estas tensiones continuas se obtienen a partir de las salidas de alimentación continua +V y –V del entrenador reguladas por potenciómetro y que están marcadas en la siguiente figura.

MUY IMPORTANTE:

Antes de conectar el AO hay que regular los valores de las salidas de alimentación de la placa del entrenador +V y –V a través de cada uno de los potenciómetros. Para ello se mide la tensión continua de salida con el multímetro entre la referencia y el terminal +V o –V de la siguiente forma: con la sonda negativa del multímetro en GND y la positiva en +V se va girando el mando rojo del potenciómetro hasta ajustar la tensión a 12 V. Para la alimentación negativa –V, se aprocede de forma similar, con la sonda negativa del multímetro en GND y la positiva en –V se va girando el mando rojo del potenciómetro hasta ajustar la tensión a –12 V.

Es muy importante regular ambas salidas con la mayor precisión al mismo valor positivo y negativo. Una vez reguladas las salidas +V y –V de la placa del entrenador, se conectarán a las



patillas 7 y 4 respectivamente del CI que contiene el AO empleado. Como siempre, las conexiones se harán con el entrenador sin tensión.

Las conexiones a tierra que se indican en los diferentes esquemas de los circuitos que se estudian se pueden hacer en cualquiera de los terminales GND del entrenador ya que todos ellos están interconectados entre sí, como se puede comprobar midiendo la continuidad con el multímetro.

Una vez ajustados los valores de alimentación del AO, +V y –V a 12 V y –12 V se puede pasar al montaje de los circuitos que se estudiarán en esta práctica. Cumpliméntese la hoja de respuestas con los valores medidos por el multímetro para +V y –V, con todas las cifras que aparezcan en la pantalla del multímetro. MUY IMPORTANTE:

Antes de comenzar la realización práctica DE CADA CIRCUITO, se debe calcular la relación entre la tensión de salida y la tensión o tensiones de entrada del circuito, presentándose al profesor la solución antes del montaje del circuito.

2.- AMPLIFICADOR INVERSOR.

Resuelva:

El esquema del circuito a montar viene dado por la siguiente figura:

MUY IMPORTANTE:

Antes de conectar el circuito verifíquese la tensión de entrada Ve a través del potenciómetro, procediendo de la siguiente forma: Se empleará el potenciómetro de 100 kΩ, marcado en la siguiente figura.



El punto 3 se conecta a tierra y el punto 1 a 5 V de tensión continua tomados de la salida de la placa del entrenador marcada como +5VDC. La tensión Ve se toma de la salida 2 del potenciómetro, que se conecta con R1

a través de la placa protoboard. Ve se va a variar durante las medidas de la práctica ajustándose a través del potenciómetro. Se parte de un valor inicial de 0.2 V ajustado previamente a la conexión del circuito y verificado de nuevo con posterioridad a la conexión. Es muy importante manejar el ajuste del potenciómetro con mucha precisión y suavidad para seleccionar correctamente las tensiones de entrada.

En este apartado se debe completar la tabla del punto 2 de la hoja de respuestas. En esta tabla se analiza cómo variando R2

se obtienen distintas amplificaciones en la tensión de salida Vs, en función de los distintos valores de la tensión de entrada Ve. Para las tensiones de entrada se toman unos valores de referencia que aparecen en la fila Ve teórico, apuntando en la entrada el valor realmente medido por el multímetro con todas sus cifras en la fila de Ve real. En las filas correspondientes a Vs se apuntan dos valores, en la fila superior, el valor esperado es el que se obtendría calculado mediante las ecuaciones deducidas en el paso previo de cálculo de los circuitos, con la tensión teórica de entrada y los valores nominales (teóricos) de las resistencias; en la fila inferior, el valor medido es la lectura efectuada con el multímetro, con todas sus cifras, con cada tensión de entrada real Ve aplicada.

3.- AMPLIFICADOR NO INVERSOR.

Resuelva:




Procédase de forma similar a la realización del apartado anterior correspondiente al amplificador inversor, cumplimentando la tabla del apartado 3 de la hoja de respuestas. 4.- SUMADOR INVERSOR. Resuelva:


En este circuito se tienen dos tensiones de entrada Ve1 y Ve2. Ve1 es una tensión continua fija de 5 V que se obtiene directamente del entrenador. Ve2

es una tensión variable mediante el potenciómetro P1 y que oscila entre 0 y 5 V y se obtiene como la Ve de los apartados 2 y 3.



Simplifique la ecuación que relaciona la tensión de salida Vs en función de Ve1 y Ve2 para el caso en que R1 = R2 = R3

y apunte el resultado en la hoja de respuestas. Complete la tabla de medidas correspondiente a este apartado.

5.- SUMADOR NO INVERSOR. Resuelva:




Simplifique la ecuación que relaciona la tensión de salida Vs en función de Ve1 y Ve2 para el caso en que R1 = R2 = R3 = R4




6.- RESTADOR. Resuelva:




Simplifique la ecuación que relaciona la tensión de salida Vs en función de Ve1 y Ve2 para el caso en que R1 = R2 y R3 = R4




7.- SUMADOR/RESTADOR.

El esquema del circuito viene dado por la siguiente figura:

En este circuito se tienen cuatro tensiones de entrada ve1, ve2, ve3 y ve4. En el caso considerado en que R1 = R2 = R3 = R4

diseñe un experimento similar al de los apartados anteriores, explicando cómo obtiene las tensiones de entrada y efectúe medidas similares a las de los apartados anteriores recogidas en una tabla. Comente las ideas con el profesor antes de llevarlas a cabo. Presente todo ello en la hoja de resultados de la forma más concisa y completa posible en el apartado 7.



CUESTIONARIO PREVIO PRÁCTICA 5

NOMBRE APELLIDOS

Responda brevemente las siguientes cuestiones: 1. ¿A partir de qué componentes está construido un amplificador operacional? ¿Es un dispositivo

discreto o un circuito integrado? 2. Enumere los terminales principales de un amplificador operacional y dibuje su símbolo. 3. ¿Qué hace un amplificador? 4. ¿Por qué es necesario usar realimentación negativa para realizar circuitos amplificadores útiles

a partir de un amplificador operacional?



5. Dibuje la característica de transferencia de un amplificador operacional (vo = f(vd)) en lazo abierto e indique los nombres de cada una de las zonas

6. Busque una hoja de características de un amplificador operacional y adjúntela a este

cuestionario. 7. Elija tres parámetros de la hoja de características que ha buscado y ponga su valor y su

significado. 8. Indique dos diferencias entre un amplificador operacional ideal y uno real. 9. Escriba las ecuaciones de la restricción del punto suma. 10. Analice el siguiente circuito e indique una expresión para la ganancia de tensión

Out

R1

R2

Vin



CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN PRÁCTICA 5

NOMBRE APELLIDOS

Fecha

PRÁCTICA DE CIRCUITOS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES NOMBRE:__________________________________________ FECHA:____________ 1.- ALIMENTACIÓN DEL AO. Valores obtenidos: +V = –V = 2.- AMPLIFICADOR INVERSOR.

Ve Teórico 0.2 V 0.4 V 0.6 V 0.8 V 1.0 V

Real Vs

(R2

Esperado = 1k2)

Medido

Vs (R2

Esperado = 2k2)

Medido

Vs (R2

Esperado = 3k3)

Medido

Vs (R2

Esperado = 10k)

Medido

3.- AMPLIFICADOR NO INVERSOR.

Ve Teórico 0.2 V 0.4 V 0.6 V 0.8 V 1.0 V

Real Vs

(R2

Esperado = 1k2)

Medido

Vs (R2

Esperado = 2k2)

Medido

Vs (R2

Esperado = 3k3)

Medido

Vs (R2

Esperado = 10k)

Medido



4.- SUMADOR INVERSOR. Ecuación que relaciona la tensión de salida vs en función de ve1 y ve2 para el caso en que R1 = R2 = R3

.

Vs =

VTeórico

e1 5.0 V 5.0 V 5.0 V 5.0 V 5.0 V 5.0 V

Real

VTeórico

e2 0.2 V 0.4 V 1.0 V 2.0 V 3.0 V 4.0 V

Real Vs Esperado

Medido 5.- SUMADOR NO INVERSOR. Ecuación que relaciona la tensión de salida vs en función de ve1 y ve2 para el caso en que R1 = R2 = R3 = R4

.

Vs =

VTeórico

e1 5.0 V 5.0 V 5.0 V 5.0 V 5.0 V 5.0 V

Real

VTeórico

e2 0.2 V 0.4 V 1.0 V 2.0 V 3.0 V 4.0 V

Real Vs Esperado

Medido 6.- RESTADOR. Ecuación que relaciona la tensión de salida vs en función de ve1 y ve2 para el caso en que R1 = R2 y R3 = R4

.

Vs =

VTeórico

e2 5.0 V 5.0 V 5.0 V 5.0 V 5.0 V 5.0 V

Real

VTeórico

e1 0.2 V 0.4 V 1.0 V 2.0 V 3.0 V 4.0 V

Real Vs Esperado

Medido



7.- SUMADOR/RESTADOR. COMENTARIOS, EXPLICACIONES Y RESULTADOS.

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