Electrnica :Practica 2 Universidad Politcnica de
VictoriaUNIVERSIDAD POLITECNICA DE VICTORIA
MAESTRIA EN INGENIERIAESPECIALIDAD: MECATRONICA
Materia: ElectrnicaCatedrtico: Dr. Rodolfo Echavarra
SolsReporte: Practica 2Integrantes del equipo:
Francisco David Bazaldua Casas Matricula: 1129002 Gamaliel
Contreras Castro Matricula: 1129004
Cd. Victoria, Tamaulipas, 3 de octubre de 2011
INDICE
PaginaIntroduccin----------------------------------------------------------------------------------------3
Material y
Equipo----------------------------------------------------------------------------------5
Desarrollo (Resultados experimentales) Amplificador
Inversor-------------------------------------------------------------------6Amplificador
No
Inversor-------------------------------------------------------------12
Resultados de simulacin Amplificador
Inversor-----------------------------------------------------------------18Amplificador
No
Inversor-------------------------------------------------------------20
Conclusiones--------------------------------------------------------------------------------------22
Bibliografa
---------------------------------------------------------------------------------------23
INTRODUCCION
El objetivo de esta prctica es analizar la respuesta en
frecuencia del amplificador operacional (opamp) inversor y no
inversor, es decir se analizara la relacin existente entre la
frecuencia de la seal de entrada y la ganancia producida, as como
tambin se analizara el desfase que se produce a la salida.
Comenzaremos por definir que es un amplificador operacional
(opamp):
Que es un amplificador operacional?
Un amplificador operacional (comnmente abreviado A.O. u op-amp),
es un circuito electrnico (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 primer amplificador operacional
monoltico, que data de los aos 1960, fue el Fairchild A702 (1964),
diseado por Bob Widlar. Le sigui el Fairchild A709 (1965), tambin
de Widlar, y que constituy un gran xito comercial. Ms tarde sera
sustituido por el popular Fairchild A741 (1968), de David Fullagar,
y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnologa
bipolar.Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones
matemticas (suma, resta, multiplicacin, divisin, integracin,
derivacin, etc.) en calculadoras analgicas. De ah su nombre.El A.O.
ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada
infinita, un ancho de banda tambin infinito, una impedancia de
salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningn ruido. Como la
impedancia de entrada es infinita tambin se dice que las corrientes
de entrada son cero.
Amplificador inversorAmplifica e invierte una seal de corriente
alterna. En este caso la seal alterna de entrada sale amplificada
en la salida, pero tambin desfasada 180 (invertida).
Amplificador no inversor
Como observamos, el voltaje de entrada, ingresa por el 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 relacin que existe entre el
voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un
pequeo divisor de tensin. Zin = , lo cual nos supone una ventaja
frente al amplificador inversor.
MATERIAL Y EQUIPO
Para la realizacin de esta prctica se utilizaron los siguientes
componentes electrnicos, equipo y herramientas.
Componentes electrnicos
1 placa de pruebas (Protoboard) 2 Circuitos integrados TL082
Resistencias Varias Puentes de cable Caimanes elctricos
Equipo
Multimetro digital Fuente de voltaje Osciloscopio digital
Generador de funciones
Herramientas
Pinzas de corte chicas Pinzas de punta chicas
DESARROLLO
Amplificador Inversor-Respuesta en Frecuencia
Figura 1.-Circuito Bsico del Amplificador InversorPara poder ver
la respuesta en frecuencia se realiz el siguiente circuito de un
amplificador inversor con el CI TL082 2 resistencias una de 1 K y
una de 2.2 K como se muestra en la Figura 1. Para obtener los
resultados se aplic un barrido en frecuencia a la entrada de la
seal del amplificador y ver cmo cambia su salida con respecto al
barrido de frecuencia.
Primero se realiz el circuito y se estimul con una seal
sinusoidal de 2 volts a 10Hz para ver su respuesta a la salida la
cual dio una medicin de 4.32 volts dndonos una ganancia de 2.16.
Como se puede observar en la Figura 2. La ganancia no se ve
afectada por la frecuencia de la seal de entrada y el amplificador
sigue funcionando correctamente y de acuerdo a los clculos. Para la
siguiente prueba se aument la frecuencia de la seal de entrada de
10Hz a 100Hz para tomar los valores de la salida y compararlos con
los valores calculados y la simulacin. Los resultados se muestran
en la Figura 3 y como se puede ver a 100Hz el voltaje de salida es
de 4.56 Volts y la ganancia es de 2.28 y aun no se ve atenuada
debido a la frecuencia de la seal de entrada.
Figura 2.-Seal de entrada y salida del amplificador a
10Hz.Figura 3.-Seal de entrada y salida del amplificador a
100Hz
A continuacin se aument la frecuencia de la seal de entrada de
100Hz a 1KHz para ver la respuesta del circuito a una frecuencia ms
alta y ver cmo afecta est a la ganancia del amplificador y a la
fase, la cual an no se ve afectada en gran medida. En la Figura 4
se puede observar que la entrada sigue siendo de un voltaje
pico-pico de 2 Volts pero a 1KHz y a la salida ahora se obtiene un
voltaje de 4.40 Volts pico-pico lo cual indica una ganancia de
2.2.En la siguiente Figura 5 se ve la respuesta de la salida del
circuito a la misma entrada con la excepcin de que la frecuencia a
cambiado de 1KHz a 10KHz. Como se puede observar a la salida la
seal todava sigue aproximadamente la ganancia calculada y la fase
an no se ve afectada de gran manera. Se observar una salida de 4.48
volts y la ganancia de 2.24.
Figura 5.-Seal de entrada y salida del amplificador a
10KHzFigura 4.-Seal de entrada y salida del amplificador a 1KHz
Para la siguiente prueba se aumenta la frecuencia de la seal de
entrada a 100KHz para ver la respuesta del amplificador a la
salida. Como se puede ver en la Figura 6 el voltaje a la salida es
de 4.40 Volts y la ganancia tanto como la fase an no se ven
afectadas de gran medida. Al volver a aumentar la frecuencia de
100KHz a 300KHz se puede observar que el voltaje de salida se ha
visto afectado por la alta frecuencia un poco y la ganancia ya no
es la misma que la que se calcul al principio. En la Figura 7 se
puede observar que el voltaje de salida es de 4.24 Volts.
Figura 6.-Seal de entrada y salida del amplificador a
100KHz.
Figura 7.- Seal de entrada y salida del amplificador a
300KHz
Al aumentar la frecuencia se puede ver el cambio en el voltaje
de salida el cual ya no es el mismo que se debera de tener de
acuerdo a los clculos de la ganancia original si no que ahora se
tiene una ganancia inferior y un desfasamiento por la alta
frecuencia. En la Figura 8 se observa el voltaje de 3.76 Volts y un
desfasamiento en la seal. A los 900KHz el voltaje en la salida se
ha reducido drsticamente ya que la ganancia se ve afectada a la
alta frecuencia de la seal de entrada. En la Figura 9 se observa el
desfasamiento y el decremento en la ganancia del amplificador.
Figura 8.-Seal de la entrada y salida del amplificador a
600KHzFigura 9.-Seal de entrada y salida del amplificador a
900KHz
Para terminar la frecuencia de la seal de entrada se aument
hasta que la salida presento una ganancia de 1 y el desfasamiento
es tal que aunque es un amplificador inversor las 2 seales parecen
ponerse en fase. En la Figura 10 se pueden observar las seales y la
frecuencia de 1.64MHz.
Figura 10.-Seal de entrada y salida del amplificador a
1.64MHz
Amplificador No Inversor- Respuesta en FrecuenciaPara obtener la
respuesta en frecuencia del amplificador no inversor se construy el
siguiente circuito (Figura 11) usando un TL082 as como 2
resistencias de 2.2k, generador de funciones para estimular la
entrada, osciloscopio y fuente para alimentar el circuito. Para
obtener la respuesta se aplic un barrido de frecuencia a la seal de
entrada y as ver como la ganancia y la fase se vean afectadas. Para
empezar el amplificador se dise para que tuviera una ganancia de 2
y la seal de entrada es de 2 volts pico-pico y se comenz con una
frecuencia de 60 Hz.
Figura 11.-Circuito Bsico de un Amplificador No Inversor
En el amplificador no inversor se aliment al principio de con
una seal de 2 Volts pico-pico a 60 Hz y como se puede observar en
la Figura 12 a la salida se obtiene una seal con una ganancia de 2
segn los clculos pero ya en la medicin resulto ser de 3.92 V. A
continuacin se aument la frecuencia de la seal de entrada a 100Hz
como se muestra en la Figura 13 y se puede observar que la seal a
la salida no se ve afectada ya que la frecuencia sigue siendo
relativamente baja.
Figura 13.-Seal de entrada y salida del amplificador a
100HzFigura 12.-Seal de entada y salida del amplificador a 60Hz
A la frecuencia de 1KHz el amplificador no inversor sigue
comportndose de forma correcta. La salida sigue siendo de 3.92
Volts pico-pico y aun la fase no se ve afectada como se puede ver
en la Figura 14. Al aumentar la frecuencia en la entrada 10 veces
(Figura 15) se observa un cambio en el voltaje, sin embargo no es
muy significativo ya que ms adelante el voltaje vuelve a ser el
mismo que al principio.
Figura 15.-Seal de entrada y salida del amplificador a
10KHzFigura 14.-Seal de entrada y salida del amplificador a
1KHz
Aun a los 100KHz el voltaje a la salida se mantiene como se
aprecia en la Figura 16. La fase an no se ve afectada en gran
manera y la ganancia se mantiene. Sin embargo al aumenta ms la
frecuencia a 300Khz se puede observar un cambio en el voltaje ya
que la frecuencia est afectando nuestra ganancia y el amplificador
ya no puede mantener la seal de salida como se observa en la Figura
17.
Figura 16.-Seal de entrada y salida del amplificador a
100KHzFigura 17.-Seal de entrada y salida del amplificador a
300KHz
A los 600KHz se puede observar un cambio en el voltaje en la
salida asi como tambin en la fase de la seal. La Figura 18 muestra
la entrada a 2 volts a 600KHz y como a la salida el voltaje es
menor al que debera ser ya que la configuracin del amplificador es
con una ganancia de 2 y sin embargo debido a la alta frecuencia el
amplificador no es capaz de seguir funcionando correctamente. En la
Figura 19 la seal de entrada ahora tiene una frecuencia de 900KHz y
hace que la salida se vea afectada ya de gran manera al tener un
voltaje menor y un desfasamiento ms visible con respecto a la seal
de entrada.
Figura18.-Seal de entrada y salida del amplificador a
600KHzFigura 19.-Seal de entrada y salida del amplificador a
900KHz
Por ltimo, como se muestra en la Figura 20, la frecuencia ha
sido aumentada hasta los 1.3 MHz y la seal de salida se ve afectada
en gran medida ya que la ganancia calculada ya no es respetada y el
voltaje es mucho menor de lo que se haba calculado, as como tambin
el desfasamiento ya es ms visible con respecto a la seal de
entrada.
Figura 20.-Seal de entrada y salida del amplificador a
1.3MHz
RESULTADOS DE SIMULACION
Amplificador InversorLa simulacin de los circuitos llevados a
cabo en el laboratorio se realiz con el simulador de National
Instruments, Multisim 11. Para el amplificador inversor se realiz
el circuito siguiente (Figura 21) y se le aplic un anlisis en AC el
cual desplego la respuesta en frecuencia del circuito de la
ganancia y la fase como se observa en la Figura 22.
Figura 21.-Circuito del Amplificador Inversor Simulado en el
Multisim 11
Grafica 1.- Respuesta en Frecuencia del Amplificador Inversor en
el Multisim 11Como podemos observar en la grfica de bode al
principio cuando la frecuencia no es tan grande la ganancia se
mantiene y el amplificador funciona correctamente y de acuerdo a la
ganancia calculada al principio. Sin embargo al ir aumentando la
frecuencia se puede observar en los puntos seleccionados que la
ganancia va disminuyendo y empieza a verse afectada en mayor grado
cuando alcanza el orden de los 300KHz a 1 MHz y empieza a descender
drsticamente haciendo que nuestra seal de entrada ya no sea
amplificada de manera adecuada. En cuanto a la fase se observa que
tenemos un desfasamiento inicial de 180 grados ya que se trata del
amplificador inversor, sin embargo se puede observar en la grfica
que entra ms aumenta la frecuencia este desfasamiento va
disminuyendo y ms en el rango de 300KHz a los 1.64MHz. Lo cual hace
que el amplificador no funcione ya de manera adecuada.
Amplificador No InversorDe igual forma se simulo el circuito del
amplificador no inversor para realizar un anlisis en AC y ver la
respuesta en frecuencia de la ganancia y la fase. EL circuito que
se utilizo fue el que se ve en la figura siguiente. En la grfica se
puede observar la respuesta de la ganancia y la fase en ciertos
puntos de frecuencia los cuales son los mismos que se midieron en
el laboratorio.
Figura 22.-Circuito del Amplificador No Inversor en el Simulador
Multism 11
Como se puede observar en la grfica de la respuesta en
frecuencia de la ganancia y la fase del amplificador no inversor al
principio la ganancia se mantiene siempre y cuando la frecuencia no
sea muy alta de la seal de entrada sin embargo esta va disminuyendo
al incrementarse la frecuencia y ms al llegar al rango de los
300KHz y 1.3MHz donde empieza a disminuir muy rpido. En cuanto a la
fase, las 2 seales tanto la de entrada como la de salida tienen que
estar en fase y al principio as sucede ya que la frecuencia no es
muy alta pero al llegar al rango de 300KHz a 1.3MHz la seal de
salida se empieza a desfasar con respecto a la seal de salida.
Grafica 2.- Respuesta en frecuencia del Amplificador No Inversor
en el Simulador Multism 11
CONCLUSIONES
En esta prctica fue posible apreciar de forma ms clara el efecto
de la frecuencia aplicada a la seal de salida del opamp, y
establecer patrones de comportamiento de los opamps inversor y no
inversor a diferentes frecuencias. De esta forma fue posible
apreciar como a medida que la frecuencia en la entrada aumenta la
ganancia disminuye y existe un desfasamiento en la seal a la salida
que no concuerda con el funcionamiento correcto de los
amplificadores.
BIBLIOGRAFIA
1.-http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional
2.-http://www.unicrom.com/Tut_opamp2.asp
3.- Anlisis de circuitos en ingeniera, 7ma ed. Willian H. Hayt,
Jr Jack E. Kemmerly Steven M. Durbin,Capitulo 6 El amplificador
operacional.
4.- Electrnica: Teora de circuitos y dispositivos electrnicos
Boylestad Nashelsky Octava Edicin, Capitulo 13 Amplificadores
Operacionales.
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