AMPLIFICADORES OPERACIONALES

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Bachiller: Arismendi Nelson C.I: 22653188 Ing. Rodriguez Elsy

Junio, 2016

Pre-laboratorio Amplificador operacional Un amplificador operacional (AO) es un circuito integrado que contiene varias etapas de transistores interconectados de manera que el conjunto puede amplificar la señal; ganancia infinita, salida nula en ausencia de la señal de entrada, impedancia de entrada infinita, impedancia de salida cero, ancho de banda infinito y tiempo de subida nulo son dispositivos capaces de realizar una gran cantidad de funciones dentro de un circuito electrónico, dependiendo de cómo se coloque dentro del mismo. Configuraciones básicas de los A.O. funcionamiento y ecuaciones matemáticas del amplificador inversor y no inversor. Configuración Los amplificadores operacionales de propósito general fueron rediseñados para optimizar o incorporar ciertas características. Los circuitos integrados de función especial que contiene mas de un amplificador operacional se desarrollaron entonces para llevar a cabo funciones complejas. Los siguientes son algunos ejemplos: 1. Capacidad de alta corriente, alto voltaje o ambos. 2. Módulos para sonar de emisor a recepción. 3. Amplificadores múltiples. 4. Amplificadores de ganancia programable. 5. Instrumentación y control automotriz.

Funcionamiento: El símbolo del amplificador operacional es el de un triangulo en cuya base se colocan las patas inversoras y no versoras. En el vértice superior se coloca la salida. En los lados del triangulo se colocan las entradas del voltaje que se necesita para hacer efectiva la amplificación. Una de las funciones principales del amplificador operacional es la comparador. Unas de las condiciones que debe cumplir para utilizar el amplificador operacional es que el voltaje entre la entrada inversora y no inversora debe ser cero. A.O. No Inversor: Esta configuración permite aumentar el nivel del voltaje en una señal de entrada de tal forma que la señal que entra en la pata no inversora sale amplificada del dispositivo

A.O. Inversor: El amplificador operacional inversor logra invertir un voltaje de entrada a la vez que lo amplifica.

Amplificador de instrumentación y su funcionamiento Es un dispositivo creado a partir de amplificadores operacionales. Esta diseñado para tener una alta impedancia de entrada y un alto rechazo al modo común (CMRR). Se puede construir a base de componentes discretos o se puede encontrar encapsulado (por ejemplo el INA114). La operación que realiza es la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Su utilización es común en aparatos que trabajan con señales muy débiles, tales como equipos médicos (por ejemplo, el electrocardiógrafo), para minimizar el error de medida. Funcionamiento Aumenta la impedancia de entrada del conjunto. Gracias a su configuración no inversora iguala la impedancia del circuito a la del AO. Suelen utilizarse operacionales con entradas basadas en FET para conseguir bajas corrientes de polarización. Para el tercer operacional es la de amplificar la diferencia de señal entregada por los dos operacionales de alta impedancia. Parámetros importantes del amplificador de instrumentación Ganancia: seleccionable, estable, lineal. 

Entrada diferencial: con CMRR alto.

  

Error despreciable debido a las corrientes y tensiones de offset. Impedancia de entrada alta. Impedancia de salida baja.

Encapsulados existentes en el mercado para ser utilizados como amplificadores de instrumentación. Amplificadores de instrumentación integrados. INA114 Las características de los amplificadores d instrumentación pueden optimizarse si se diseñan como circuitos integrados, ya que el fabricante puede garantizar la precisión de los elementos críticos y lograr el apareamiento de componentes con gran exactitud. Como ejemplo de estos circuitos integrados veremos el INA114 de Burr-Brown.

Laboratorio

Parte I. circuitos básicos Los materiales a utilizar para la figura 1, el cual es un amplificador inversor son:

o o o o o o o o o o

1 A.O. LM741 1 Resistencia de 5,7K 1 Resistencia de 100k 1 Resistencia de 10K 1 Fuente de voltaje doble 1 Osciloscopio Generador de señales Multímetro Puntas de pruebas Protoboard.

V

salida = -0,5

57𝐾 100

= 0,057



Identifique y dibuje en el recuadro los terminales der los amplificadores operacionales a utilizar en la práctica (LM741 / TL081)



Realice el montaje del circuito de la figura 1con el amplificador operacional LM741 y el TL81. Escoja un valor adecuado de ganancia de voltaje para amplificar la señal de entrada: Vi = 0.5 * sen (6285 t) (v), energice con Vcc = ± 12 Vdc.

Figura 1

a) Identifique el tipo de circuito mostrado en la figura 1: amplificador inversor. b) conecte la señal de entrada Vi del generador y la señal de salida Vo del circuito al osciloscopio. Dibuje en el papel milimetrado las señales observadas indicando la posición de volt/div y time/div de cada señal.

En la figura se muestra un amplificador inversor montado en el laboratorio de electrónica, con una frecuencia de 1000khz, en el osciloscopio se reflejan para el canal 1= 500mA para el canal 2=500mA, un tiempo T= 250ms y una frecuencia F=999,994khz. El voltaje del A.O. es de 12v y -12v

Parte II Diseñe un Amplificador de Instrumentación con las siguientes especificaciones: o Ganancia diferencial: Ad 100 V/V. o Circuito de ajustes fino de ganancia. o Circuito de ajustes del rechazo al modo común. Los materiales a utilizar para esta simulación son: o o o o o o

3 Amplificadores Operacionales. 3 Resistencias de 10k. 2 Resistencias de 1k. 2 Resistencias de 5k. 2 Generadores de señales. 1 Osciloscopio.

Cálculos:

(𝑉2 − 𝑉1 )(1 +

(2 − 1) (1 +

2∗𝑅1 𝑅7 𝑅2

)( ) 𝑅6

2 ∗ 5000 1 ) ( ) = 100,1𝑉 10 10

o Monte su diseño del AI. Observe la salida del circuito en el osciloscopio y grafique la señal observada. o Explique lo observado: Se observó una señal senoidal con una ganancia de 100V en donde la resistencia clave para variar es la R2 del circuito.

o ¿Cuál de las resistencias se deben cambiar para variar la ganancia de AI? La resistencia que se debe cambiar para variar la ganancia es la R2. -

Diseñe según la ecuación de salida Vo asignada por la tutora.

𝑉𝑜 = 15𝑉1 -10𝑉2 − 9𝑉3 Se simulo el Amplificador de Instrumentación:

En la gráfica se puede Observar que la señal senoidal comienza en 0V y tiene una ganancia que va desde -100V hasta 100V. En caso de que los cálculos sean correctos la ganancia debe de ser 100V como ocurrió en este caso.

POST-LABORATORIO Simule el circuito del amplificador de instrumentación para G=1000 y con Vi=1mV.

CONCLUSION

Un amplificador operacional, es un dispositivo amplificador electrónico de alta ganancia acoplado en corriente continua que tiene dos entradas y una salida. En esta configuración, la salida del dispositivo es, generalmente, de cientos de miles de veces mayor que la diferencia de potencial entre sus entradas. Usado como fuente por muchos fabricantes, y en múltiples productos similares, un ejemplo de un amplificador operacional con transistores bipolares es el circuito integrado μA741 diseñado en 1968 por David Fullagar en Fairchild. Aunque este dispositivo se ha utilizado históricamente en audio y otros equipos sensibles, hoy en día es raro su uso debido a las características de ruido mejoradas de los operacionales más modernos. Además de generar un "siseo" perceptible, el 741 y otros operacionales antiguos pueden presentar relaciones de rechazo al modo común muy pobres por lo que, generalmente, introducirán zumbido a través de los cables de entrada y otras interferencias de modo común, como chasquidos por conmutación, en equipos sensibles.

BIBLIOGRAFIA

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Amplicadores

Operacionales.

Quinta

Edición.

Malvino, Albert. (2000) Principio de Electrónica. Sexta edición.

- Rashid, Muhammad. (2000) Circuitos Microelectrónicos, Análisis y Diseño. International Thomson Editores. -

Savant, Roden: Diseño Electrónico. Circuitos y Sistemas. Tercera Edición.