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Diseño de amplificadores inversores y no inversores usando OPAMP
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Grupo: 7e2BEquipo: 01
S. E. P. D.G.E.S.T.
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA
ELÉCTRICA-ELECTRÓNICA
(ÁREA ELECTRÓNICA)
LABORATORIO DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES
REPORTE DE PRÁCTICA #2
AMPLIFICADORES CON OPAMP
EQUIPO No.: 01
INTEGRANTES:
Cosme Daniel Muñoz Machorro
Isaac Téllez Jaime
Héctor Reynoso Vallejo
_________________________________________
Vo. Bo. M. C. Fernando Vera Monterrosas
Grupo: 7e2BEquipo: 01
PRÁCTICA NO. 2AMPLIFICADORES CON OPAMP
Objetivo: Que el alumno diseñe y analice el comportamiento del Amplificador Operacional como amplificador inversor, no inversor y seguidor de voltaje, tanto en corriente directa como en corriente alterna. Además que el alumno compruebe el comportamiento de estos circuitos con respecto a la frecuencia.
I. Desarrollo Teórico
I.1. Marco Teórico
Teniendo presente que el amplificador operacional ideal, tiene una ganancia de voltaje infinita, en aplicaciones donde es necesario aumentar la amplitud de las señales usando estos dispositivos no es recomendable usarlo en lazo abierto, es recomendable diseñar un circuito de retroalimentación. De otra forma el amplificador se saturaría fácilmente con pequeños voltajes de entrada. En un amplificador con retroalimentación negativa la ganancia del amplificador está determinada casi por completo por la red de retroalimentación. Debido a que la red de retroalimentación está constituida por elementos pasivos, cuyos valores son precisos, se consigue que amplificador tenga una ganancia exacta, predecible y estable.
.
I.2. Análisis y/o Diseño
Diseño de Amplificador Inversor con Ganancia de 10
AV =−Rf
R¿
Si R¿=47 k Ω entonces:R f=AV R¿
R f=(10 ) (47 k Ω )=470 k ΩRc=R¿=47 k Ω
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Diseño de Amplificador Inversor con Ganancia de 100
AV =−Rf
R¿
Si R¿=47 k Ω entonces:R f=AV R¿
R f=(100 ) (47 k Ω )=4.7 M ΩRc=R¿=47 k Ω
Diseño de Amplificador no Inversor con Ganancia de 11
AV =( R f
R2+1)
Si R2=47 k Ω entonces:R f=( Av−1 ) R2
R f=(11−1 ) 47k Ω=470 k ΩR3=R2=47 k Ω
Grupo: 7e2BEquipo: 01
I.3. Prereporte
Amplificador Inversor de Ganancia 10 con Vi = 200mV
Amplificador Inversor de Ganancia 10 con Vi = 1V
Amplificador Inversor de Ganancia 10 con Vi = 2V
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Amplificador Inversor de Ganancia 10 con Vi = -500mV
Amplificador Inversor de Ganancia 10 con Vi = -1V
Amplificador Inversor de Ganancia 10 con Vi = -2V
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Amplificador Inversor de Ganancia 10 con Vi de CA
Captura del Osciloscopio para Vi = 500mVpp
Captura del Osciloscopio para Vi = 1.5Vpp
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Captura del Osciloscopio para Vi = 2.5Vpp
Captura del Osciloscopio para Vi = 3Vpp
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Ancho de Banda de Amplificador Inversor con Ganancia de 10 y Vi =1Vpp
Resultados TeoricosProducto Ganacia-Ancho de Banda GBW del CI TL081 igual a 4MHzGBW =4 MHz
BW=GBWG
=4 MHz10
BW=400 kHzResultado de Simulacion BW=327.054 kHz
Ancho de Banda de Amplificador Inversor con Ganancia de 100 y Vi =0.1Vpp
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Resultados TeoricosProducto Ganacia-Ancho de Banda GBW del CI TL081 igual a 4MHzGBW =4 MHz
BW=GBWG
=4 MHz100
BW=40 kHzResultado de Simulacion BW=33.665 kHz
Amplificador inversor de alta impedancia de entrada
Ganancia mínima AVmin=−0.999
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Ganancia máxima AVmax=−101.87
Amplificador no Inversor de Ganancia 11 con Vi = 200mV
Amplificador no Inversor de Ganancia 11 con Vi = 1V
Amplificador no Inversor de Ganancia 11 con Vi = 2V
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Amplificador no Inversor de Ganancia 11 con Vi = -500mV
Amplificador no Inversor de Ganancia 11 con Vi = -1V
Amplificador no Inversor de Ganancia 11 con Vi = -2V
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Amplificador no Inversor de Ganancia 11 con Vi de CA
Captura del Osciloscopio para Vi = 500mVpp
Captura del Osciloscopio para Vi = 1.5Vpp
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Captura del Osciloscopio para Vi = 2.5Vpp
Captura del Osciloscopio para Vi = 3Vpp
II. Desarrollo Práctico
II.1. Material y equipo a utilizar: C.I. TL081 Resistencias de varios valores Potenciómetro de 1MΩ Fuente de voltaje simétrica Multímetro digital Generador de señales Osciloscopio de doble trazo
Grupo: 7e2BEquipo: 01
II.2. Metodología1. Diseñe el circuito de la figura 2.1 para una ganancia de 10 y conéctelo.
Figura 2.1 Amplificador inversor con resistencia de estabilización
2. Ajuste vi para 0.2V de CD, mida el voltaje vo y anótelo en la tabla 2.1.3. Repita el punto 2 para los distintos valores de vi indicados en la tabla 2.1.
vi (volts)vi
Prácticovo (volts) A v
0.2 0.203 -2.01 -9.9011 1.01 -10.00 -9.9002 2.00 -10.25 (−V sat ) N/A
-0.5 -0.50 5.08 -10.16-1 -1.00 9.96 -9.96-2 -1.99 10.91 (+V sat ) N/A
Tabla 2.1 Voltaje de entrada y salida de CD y ganancia de un amplificador inversor
4. Ajuste vi para 0.2 V pp y f =1kHz. Repita el punto 2 para los valores pico a pico mostrado en la tabla 2.2.
vi (Vpp)vi
Prácticovo (Vpp) Av θ (grados)
0.2 200mV 1.92V 9.6 1800.5 504mV 5.04V 10 1801.5 1.5V 14.6V 9.73 1802.5 2.56V ± V sat N/A 1803 3 ± V sat N/A 180
Tabla 2.2 Voltaje de entrada, salida de CA, ganancia y relación de fase de un amplificador inversor
Capturas del osciloscopio para amplificador inversor de Av=10
Grupo: 7e2BEquipo: 01
V i=200 mV V i=504 mV
V i=1.5 V V i=2.56 V
V i=3.04 V
5. Varíe la frecuencia del generador de funciones con vi=1V pp y determine la máxima frecuencia de operación del circuito.
Análisis para determinar máxima frecuencia de operación del amplificador:Ganancia en frecuencias medias A vL
A vFM=vo
v i= 10V
1.06 V=9.434=19.5 dB
Ganancia teórica en frecuencia de corte A vFC
Grupo: 7e2BEquipo: 01
A vFC=AvFM
√2=9.434
√2=6.67=16.5 dB
Voltaje de salida vo en la frecuencia de cortevo=A vFC v i=(1.06 V ) (6.67 )=7.07 V
Frecuencia de corte del amplificador inversor con Av=10: 291.1kHZ
Respuesta del Amplificador Inversor a baja frecuencia
Respuesta del Amplificador Inversor en frecuencia de corte
6. Diseñe un amplificador de ganancia 100 y encuentre la frecuencia máxima de operación. Use vi=0.1V pp.
Amplificador Inversor con Av=100
Análisis para determinar máxima frecuencia de operación del amplificador:Ganancia en frecuencias medias A vL
AvFM=vo
v i= 9.68 V
104 mV=93.077=39.377 dB
Ganancia teórica en frecuencia de corte A vFC
AvFC=AvFM
√2=93.077
√2=65.815=36.77 dB
Voltaje de salida vo en la frecuencia de cortevo=A vFC v i=(65.815 ) (104 mV )=6.84 V
Frecuencia de corte del amplificador inversor con Av=100: 39.18kHZ
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Respuesta del Amplificador Inversor a baja frecuencia
Respuesta del Amplificador Inversor en frecuencia de corte
7. Conecte el circuito de la figura 2.2. Ajuste vi a 0.1V de CD. Varíe P y verifique los valores Av máximo y mínimo. Anótelos en la tabla 2.3.
Figura 2.2 Amplificador inversor alta impedancia de entradaR1=R2=1 M Ω, R3=470 k Ω, R4=10k Ω, P=1 M Ω
Medidas de voltaje para el amplificador inversor
Voltaje de entrada98mV
Voltaje mínimo-100.8mV
Voltaje máximo-10.17V
Grupo: 7e2BEquipo: 01
Av
Máx. Mín.-1.028 103.77
Tabla 2.3 Ganancias máxima y mínima del amplificador inversor de alta impedancia de
entrada
8. Diseñe el circuito de la figura 2.3 para una ganancia de 11.
Figura 2.3 Circuito básico del amplificador no inversor
9. Ajuste vi para 0.2V de CD, mida el voltaje vo y anótelo en la tabla 2.4. 10. Repita el punto 9 para los distintos valores de vi indicados en la tabla 2.4.
vi (volts)vi
Prácticovo (volts) A v
0.2 0.199 2.15 10.801 1.00 10.85 10.852 2.01 11 (+V sat ) N/A
-0.5 -0.5 -5.5 11-1 -1 -10.3 (−V sat ) N/A-2 -2.00 -10.3 (−V sat ) N/A
Tabla 2.4 Voltaje de entrada y salida de CD y ganancia de un amplificador no inversor
11. Ajuste vi para 0.2 V pp y f =1kHz. Repita el punto 4 para los voltajes pico a pico mostrado en la Tabla a 2.5.
vi (Vpp)vi
Prácticovo (Vpp) Av θ (grados)
0.2 0.204 2.22 10.78 00.5 0.496 5.40 10.88 01.5 1.52 16.4 10.78 02.5 2.48 22V(± V sat ) NA 0
Grupo: 7e2BEquipo: 01
3 3.2 22.2V(± V sat ) NA 0
Tabla 2.5 Voltaje de entrada, salida de CA, ganancia y relación de fase de un amplificador no inversor
Capturas del osciloscopio para amplificador no inversor de Av=11
V i=204 mV V i=496mV
V i=1.52 V V i=2.48 V
V i=3.2 V
III. Cuestionario 1. ¿Qué efectos produce la resistencia de retroalimentación en un OP-AMP?2. ¿Qué se entiende por tierra virtual?3. ¿Cuál es la impedancia de un amplificador no inversor? ¿Y la de salida?4. Investigue como se obtiene el ancho de banda de los amplificadores inversor y no
inversor.
Grupo: 7e2BEquipo: 01
5. Diseñe un amplificador de ganancia 100 con inversores, sabiendo que el ancho de banda previsto será de 100kHz. (Nota: Conviene dividir la Av total del circuito entre dos etapas).
IV. Conclusiones y recomendaciones.
V. Bibliografía y software Multisim 12 Franco, Serio, Diseño con amplificadores operacionales y circuitos integrados
analógicos, Mc Graw Hill, 3ra edición. Pertence, Antonio, Amplificadores operacionales y filtros activos, Mc Graw Hill. Coughlin, Robert, Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales,
Pretince Hall, 4ta edición.
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