practica circuito operador,operaciones basicas,control de temperatura analogico,fotocelda
DESCRIPTION
ESTE DOCUMENTO TRATA DE LAS PRACTICAS CIRCUITO OPERADOR,OPERACIONES BASICAS,CONTROL DE TEMPERATURA ANALOGICO,FOTOCELDATRANSCRIPT
1
Instituto Tecnológico de Zacatepec
Departamento de Metal Mecánica
Ingeniería Electromecánica
PERIODO: AGO-DIC 2014
MATERIA: ELECTRÓNICA ANALÓGICA
CLAVE DE LA MATERIA: AEF-1021
M. C. Arturo Javier Martínez Mata Docente
REPORTE DE PRÁCTICAS UNIDAD 3:
8,9,10 y 11
EQUIPO
Ramos Martínez Miguel (13090105)
Vazquez Vara Marco Antonio (13090115)
Fecha de Entrega:
Zacatepec, Morelos a 13 de Diciembre del 2014
2
CONTENIDO
PAG.
Practica 8.- CIRCUITO OPERADOR
8.1 Marco teorico
8.1.2 Definición de amplificador operacional
8.1.3 Notación
8.1.4 Tabla de características
8.2 Desarrollo
8.2.2 Objetivo
8.2.3 Circuito implementado
8.3 Descripción (LM741)
8.4 Referencias
Practica 9.- OPERACIONES BASICAS
9.1 Objetivo
9.2 Marco teorico
9.2.1 Configuraciones
9.2.2 Seguidor
9.2.3 No inversor
9.2.4 Sumador
9.2.5 Restador
9.3 Desarrollo
9.3.1 Material
9.3.2 Procedimiento
9.4 Conclusiones
9.5 Referencias
Practica 10.- CONTROL DE TEMPERATURA ANALOGICO
10.1 Objetivo
10.2 Marco teorico
10.2.1 sensor (LM335)
10.2.2 Características
10.2.1 Comparador (LM324)
10.3 Desarrollo
10.3.1 Material
10.3.2 Procedimiento
10.3.3 Conclusiones
10.4 Referencias
4
4
4
5
6
6
7
7
8
9
9
9
9
11
11
12
12
12
13
15
15
16
16
16
17
19
20
20
20
21
21
3
Practica 11.- FOTOCELDA
11.1 Objetivo
11.2 Marco teorico
11.2.1 Arquitectura de los amplificadores
11.2.3 tipos y configuraciones de los amplificadores
11.3 Desarrollo
11.3.1 Material
11.3.2 Contenido
11.4 Conclusiones
22
22
22
23
28
28
28
29
4
PRACTICA 8.-CIRCUITO OPERADOR
8.1 Marco Teórico
8.1.2 Definición de amplificador
operacional
Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se
presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una
salida. La salida es la diferencia de las dos entradas
multiplicada por un factor (G) (ganancia):
Vout = G· (V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado
es el UA741 o LM741.
El primer amplificador operacional monolítico, que data de
los años 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado
por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también
de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más
tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741 (1968),
de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas,
basado en tecnología bipolar.
8.1.3 Notación
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
5
Los terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por
ejemplos en los A.O. basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los
basados en BJT son VCC y VEE.
Habitualmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas
eléctricos por claridad.
8.1.4 Tabla de características
Parámetro Valor ideal Valor real
Zin ∞ 10 TΩ
Zout 0 100 Ω
Bw ∞ 1 MHz
G ∞ 100.000
Ac 0
Si van a usarse amplificadores operacionales, es mejor consultar el datasheet o
características del fabricante. Los valores reales dependen del modelo, estos
valores son genéricos y son una referencia.
6
8.2 Desarrollo
8.2.1 Material Amplificador operacional
Potenciómetro…….100kΩ
Fuente de voltaje……+/-12
Led…...Verde
8.2.2 Objetivo El objetivo de esta práctica fue realizar un circuito con la configuración Buffer
(seguidor).
Que consistía en regular el voltaje con el potenciómetro para que cuando este
fuera mayor que +5V el led se encendiera y menor que +5V se apagara.
Nota: El voltaje de +5V era del amplificador operacional.
7
8.2.3 Circuito implementado
8.3 Descripción (LM741)
8
8.4 Referencias
Introducción a los A.O. en castellano
El Amplificador operacional: Fundamentos y aplicaciones básicas
Configuraciones
Configuraciones II
Configuraciones III (PDF)
Hojas de datos del 741 de National Semiconductor (PDF)
Estudio en laboratorio del Amplificador Operacional
9
PRACTICA 9.- OPERACIONES BASICAS
9.1 Objetivo Realizar las distintas configuraciones básicas de amplificadores operacionales
tales como:
Seguidor
No inversor
Sumadora
Restadora
9.2 Marco teórico
9.2.1 Configuraciones
9.2.2 Seguidor
Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la
entrada.
Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar
impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja
impedancia y viceversa)
Como la tensión en las dos patillas de entradas es igual: Vout = Vin
Zin = ∞
10
Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadísima, la de
salida prácticamente nula, y puede ser útil, por ejemplo, para poder leer la
tensión de un sensor con una intensidad muy pequeña que no afecte apenas a
la medición. De hecho, es un circuito muy recomendado para realizar medidas
de tensión lo más exactas posibles, pues al medir la tensión del sensor, la
corriente pasa tanto por el sensor como por el voltímetro y la tensión a la
entrada del voltímetro dependerá de la relación entre la resistencia del
voltímetro y la resistencia del resto del conjunto formado por sensor, cableado
y conexiones.
Por ejemplo, si la resistencia interna del voltímetro es Re (entrada del
amplificador), la resistencia de la línea de cableado es Rl y la resistencia
interna del sensor es Rg, entonces la relación entre la tensión medida por el
voltímetro (Ve) y la tensión generada por el sensor (Vg) será la correspondiente
a este divisor de tensión:
Por ello, si la resistencia de entrada del amplificador es mucho mayor que
la del resto del conjunto, la tensión a la entrada del amplificador será
prácticamente la misma que la generada por el sensor y se podrá despreciar
la caída de tensión en el sensor y el cableado.
Además, cuanto mayor sea la intensidad que circula por el sensor, mayor
será el calentamiento del sensor y del resto del circuito por efecto Joule, lo
cual puede afectar a la relación entre la tensión generada por el sensor y la
magnitud medida.
11
9.2.3 No inversor
Como observamos, la tensión de entrada, se aplica al pin positivo, pero como
conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el
voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo y positivo,
conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular la relación que
existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un
pequeño divisor de tensión.
Zin = ∞, lo cual nos supone una ventaja frente al amplificador inversor.
9.2.4 Sumador
La salida está invertida
Para resistencias independientes R1, R2,... Rn
La expresión se simplifica bastante si se usan resistencias del mismo valor
Impedancias de entrada: Zn = Rn
12
9.2.5 Restador
Para resistencias independientes R1,R2,R3,R4:
Igual que antes esta expresión puede simplificarse con resistencias iguales
La impedancia diferencial entre dos entradas es Zin = R1 + R2 + Rin, donde
Rin representa la resistencia de entrada diferencial del amplificador,
ignorando las resistencias de entrada del amplificador de modo común.
Cabe destacar que este tipo de configuración tiene una resistencia de
entrada baja en comparación con otro tipo de restadores como por
ejemplo el amplificador de instrumentación.
9.3 Desarrollo
9.3.1 Material
Resistencias
Amplificador Operacional “LM741”
13
9.3.2 Procedimiento
a) Elaborar la configuración inversora mediante un amplificador operacional
741.
El circuito es el siguiente:
Formula:
Vo= -RF/R1*Vi
Datos:
Vi=0.5V
RF=100KΩ
R1=10KΩ
Entonces:
Vo= -100KΩ/10KΩ*0.5V
Vo=-5
La medición con el multímetro fue de -5.58V
14
b) Elaborar un circuito con la configuración no inversora tal circuito a
elaborar es el siguiente:
Formulas Desarrollo
Vo=(RF/R1+1) Vo=(82KΩ/15KΩ+1)
RESULTADO
3.23V
15
9.4 Conclusión En esta práctica se realizaron las cuatro configuraciones básicas del
amplificador operacional demostrando las definiciones antes
mencionadas.
9.5 referencias Introducción a los A.O. en castellano
El Amplificador operacional: Fundamentos y aplicaciones básicas
Configuraciones
Configuraciones II
Configuraciones III (PDF)
Hojas de datos del 741 de National Semiconductor (PDF)
Estudio en laboratorio del Amplificador Operacional
16
Practica 10.- Control de temperatura analógico
10.1 objetivo El sensor de temperatura usado será el LM335 con el cual se medirá la:
Temperatura ambiente
Temperatura con el ventilador
Temperatura aplicando calor
10.2 Marco teorico
10.2.1 Sensor LM335 El sensor LM335 es un circuito integrado de temperatura de precisión y de
fácil calibración, funciona como un zener de 2 terminales, el LM335 tiene
una tensión de ruptura directamente proporcional a la temperatura absoluta
a 10 mV / ° K. Con menos de 1Ω de impedancia dinámica
el dispositivo funciona en un rango de corriente de 400 mA a 5 mA,
prácticamente sin cambio en el rendimiento.
Cuando se calibra a 25 °C, el LM335 tiene por lo general menos de 1 °C de
error en un rango de 100 °C de temperatura. A diferencia de otros sensores
el LM335 tiene una salida lineal. El LM335 opera desde -40°C a 100°C.
17
10.2.2 Características Directamente calibrado en Kelvin °K
1 °C disponible de precisión inicial.
Funciona a partir de 400 μA a 5 mA.
Menos de 1Ω de impedancia dinámica.
Fácil calibración.
Amplio rango de temperatura.
Bajo costo.
Sensor calibrado
18
19
10.2.3 Comparador LM324
Un Amplificador Operacional puede ser utilizado para determinar cuál de
dos señales en sus entradas es mayor. (Se utiliza como comparador). Basta
con que una de estas señales sea ligeramente mayor para que cause que la
salida del amplificador operacional sea máxima, ya sea positiva (+Vsat) o
negativa (-Vsat).
Esto se debe a que el operacional se utiliza en lazo abierto (tiene ganancia
máxima). La ganancia real de un amplificador operacional es de 200,000 o
más y la fórmula de la señal de salida es: Vout = AOL (V1 – V2)
Dónde:
Vout = tensión de salida
AOL = ganancia de amplificador operacional en lazo abierto (200,000 o
más)
V1 y V2 = tensiones de entrada (las que se comparan)
Vout no puede exceder la tensión de saturación del amplificador operacional,
sea esta saturación negativa o positiva. (Normalmente este valor es
aproximadamente unos 2 voltios menores que el valor de la fuente (V+ o V-)
20
10.3 Desarrollo
10.3.1 Material Potenciómetro Comparador…LM324 Sensor….LM335 Ventilador Fuente de voltaje Variable Relé TIP122
10.3.2Procedimiento
a) Elaborar el circuito siguiente:
21
Resultados
Caso volts Temperatura
Tamb 2.9V 17 C
Tcalor 3.4V 67 C
Tventilador
10.3.3 Conclusiones Cuando el voltaje del comparador fue rebasado por el sensor el voltaje de
salida fue mayor.
10.4 Referencias http://www.unicrom.com/tut_comparadores.asp
http://www.electronicoscaldas.com/sensores-de-temperatura/191-sensor-de-
temperatura-lm335.html
https://www.academia.edu/7611435/MEDIDOR_DE_TEMPERATURA_CON
_LM335
22
Practica 11.- Fotocelda
11.1Objetivo: El objetivo de esta práctica fue implementar nuevamente el concepto del
comparador analógico, ahora implementando una fotorresistencia para
conocer su función y aplicación a la vida cotidiana.
11.2Marco teórico:
11.2.1Arquitectura de los amplificadores:
La alimentación del circuito se realiza por medio de dos fuentes de
alimentación (alimentación simétrica). Como se aprecia en la figura 2, el
terminal de referencia de tensiones (masa) no está conectado directamente al
amplificador operacional. La referencia de tensiones debe realizarse a través
de elementos externos al operacional tales como resistencias. Tienen dos
entradas la - que se denomina “inversora” y la + que se denomina “no
inversora” y una salida Vo. Se alimentan a través de dos terminales uno con
tensión positiva +V y otro con tensión negativa -V. Adicionalmente pueden
tener otros terminales específicos para compensación de frecuencia,
corrección de derivas de corriente continua etc. Se encuentran integrados de
forma que en una pastilla puede haber 1, 2 ó 4 OP (amplificadores
operacionales). En el caso de 4 el número de patillas mínimo es
3x4(I/O)+2(alim)=14. Son muy baratos (más que muchos transistores) Existen
varios modelos de OP. Vamos a estudiar en primer lugar el IDEAL. Es un
modelo simplificado que se adapta bien al comportamiento real. Sin embargo
a veces necesitaremos aproximarnos más con lo que describiremos el modelo
REAL que es el ideal más una serie de imperfecciones. En el modelo de
amplificador ideal, nos dice que la salida del amplificador es directamente
proporcional a la diferencia de potencial Vd en la entrada. Designaremos a la
constante de proporcionalidad A como GANANCIA EN LAZO ABIERTO.
Con esta definición podemos decir también que el amplificador operacional es
DIFERENCIAL ya que la salida depende de la diferencia de tensión en sus
entradas. A es una constante para cada amplificador y sus valores son muy
altos (>200000 para amplificadores reales). En lazo abierto significa que es la
ganancia del propio dispositivo sin conectar a nada.
23
11.2.3 Tipos y configuraciones de los amplificadores:
Comparador
Esta es una aplicación sin la retroalimentación. Compara entre las dos
entradas y saca una salida en función de qué entrada sea mayor. Se puede
usar para adaptar niveles lógicos.
24
Seguidor
Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la
entrada.
Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar
impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja
impedancia y viceversa)
Como la tensión en las dos patillas de entradas es igual: Vout = Vin
Zin = ∞
Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadísima, la de
salida prácticamente nula, y puede ser útil, por ejemplo, para poder leer la
tensión de un sensor con una intensidad muy pequeña que no afecte apenas a
la medición. De hecho, es un circuito muy recomendado para realizar medidas
de tensión lo más exactas posibles, pues al medir la tensión del sensor, la
corriente pasa tanto por el sensor como por el voltímetro y la tensión a la
entrada del voltímetro dependerá de la relación entre la resistencia del
voltímetro y la resistencia del resto del conjunto formado por sensor, cableado
y conexiones.
No inversor
Como observamos, la tensión de entrada, se aplica al pin positivo, pero como
conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el
voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo y positivo,
conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular la relación que
25
existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un
pequeño divisor de tensión.
Zin = ∞, lo cual nos supone una ventaja frente al amplificador inversor.
Sumador inversor
La salida está invertida
Para resistencias independientes R1, R2,... Rn
La expresión se simplifica bastante si se usan resistencias del mismo valor
Impedancias de entrada: Zn = Rn
Restador Inversor
Para resistencias independientes R1,R2,R3,R4:
Igual que antes esta expresión puede simplificarse con resistencias iguales
26
La impedancia diferencial entre dos entradas es Zin = R1 + R2 + Rin, donde
Rin representa la resistencia de entrada diferencial del amplificador,
ignorando las resistencias de entrada del amplificador de modo común.
Cabe destacar que este tipo de configuración tiene una resistencia de
entrada baja en comparación con otro tipo de restadores como por
ejemplo el amplificador de instrumentación.
Integrador ideal
Integra e invierte la señal (Vin y Vout son funciones dependientes del
tiempo)
Vinicial es la tensión de salida en el origen de tiempos
Nota: El integrador no se usa en la práctica de forma discreta ya que cualquier
señal pequeña de DC en la entrada puede ser acumulada en
el condensador hasta saturarlo por completo; sin mencionar la característica de
offset del mismo operacional, que también es acumulada. Este circuito se usa
de forma combinada en sistemas retroalimentados que son modelos basados
en variables de estado (valores que definen el estado actual del sistema) donde
el integrador conserva una variable de estado en el voltaje de su condensador.
Derivador ideal
Deriva e invierte la señal respecto al tiempo
27
Este circuito también se usa como filtro
NOTA: Es un circuito que no se utiliza en la práctica porque no es estable.
Esto se debe a que al amplificar más las señales de alta frecuencia se termina
amplificando mucho el ruido.
Conversor de corriente a tensión
El conversor de corriente a tensión, se conoce también como Amplificador de
transimpedancia, llegada a este una corriente (Iin), la transforma en una
tensión proporcional a esta, con una impedancia de entrada muy baja, ya que
está diseñado para trabajar con una fuente de corriente.
Con el resistor R como factor de proporcionalidad, la relación resultante entre
la corriente de entrada y la tensión de salida es:
Su aplicación es en sensores, los cuales no pueden ser activados, con la
poca corriente que sale de algún sensor, por lo que se acopla un A.O. que
usa la poca corriente entregada, para dar salida a una tensión (Vout)
Aplicaciones:
Por lo general los amplificadores operacionales se utilizan en los siguientes
componentes:
Calculadoras analógicas
Filtros
Preamplificadores y buffers de audio y video
Reguladores
Conversores
Evitar el efecto de carga
28
11.3 Desarrollo:
11.3.1Material: 1 circuito comparador lm324
1 potenciómetro
1 fuente de 12 v
1 res de 10 k
1 transistor tip 122
1 fotorresistencia
1 res de 1 k
1 protoboard
Cable utp
1 multímetro
11.3.2 Contenido: Se implementara un circuito de control para detectar el nivel de iluminación
de tal forma que se encienda durante la noche y se apague durante el día.
Probar la fotorresistencia con un óhmetro
Resistencia LDR
CON LUZ AMBIENTAL SIN LUZ AMBIENTAL
16.94 k 1.22 k
29
Después usamos el mismo circuito de la practica 10, solo le quitamos el sensor
de temperatura y en sui lugar le pusimos la fotorresistencia ajustamos el
voltaje de referencia y en vez del ventilador, le pusimos un foco de luz
incandescente. Una vez ajustado el voltaje de referencia con el potenciómetro
conectamos el circuito para accionarlo y ver obteníamos el resultado deseado
y si en efecto cuando la fotocelda estaba a luz ambiental el foco permanecía
apagado, el voltaje que mandaba la fotocelda era menor que el de referencia,
pero una vez que la fotorresistencia estaba a oscuras el voltaje aumentaba y
accionaba el relé. Así fue como quedo lista la práctica y funcionando a la
perfección.
11.4 Conclusión: En conclusión llegamos a que los amplificadores operacionales son muy
útiles hoy en día para tener una mejor calidad de vida y ahorrarnos muchas
cosas, tienen grandes beneficios y no es algo tan complicado de entender, solo
hay que saber utilizarlo éticamente y profesionalmente. Aprendí mucho en
esta unidad y me llevo un gran conocimiento plasmado esperando utilizarlo
en un futuro para el bienestar de la sociedad.