UNIVERSIDAD PARTICULAR CATLICA DE SANTA MARA DE AREQUIPA

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERA MECANICA, MECANICA ELECTRICA Y MECATRONICA

CDIGO: 4E05029 ASIGNATURA: CIRCUITOS ELECTRONICOS I

GUA DE LABORATORIO NRO 05

TERCERA FASE: EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

CIRCUITOS CON OPERACIONALES

Docente(s): Ing. Ronald p. Coaguila Gmez Ing. Sergio Mestas Ramos.

Fecha: 2014.05.26.

I. OBJETIVO: Analizar las caractersticas elctricas del Amplificador Operacional

Implementar algunos circuitos de aplicacin de amplificadores operacionales.

II. MARCO TEORICO:

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

En otros tutoriales hemos presentado componentes electrnicos discretos, que habitualmente se

fabrican y encapsulan en unidades separadas, aptas para ser incorporadas en la fabricacin de

circuitos. Ahora es el momento para avanzar un paso ms, e introducir el concepto de circuito

integrado. Un circuito integrado se diferencia de los circuitos convencionales en que todos sus componentes se fabrican en el mismo bloque de silicio. Con ello se consiguen mltiples ventajas:

Reduccin de tamao

Mayor fiabilidad, pues se eliminan todos los problemas asociados con la interconexin de

los componentes

Menor costo, si el nmero de circuitos fabricados es elevado

A la hora del diseo, tambin ofrece ventajas el uso de los circuitos integrados, puesto que estos

se comportan como bloques con un comportamiento definido. De esta forma, en muchas

ocasiones no es necesario analizar el esquema completo del integrado para predecir su funcionamiento en el circuito.

En esta prctica presentamos uno de los circuitos integrados ms empleados: el amplificador

operacional. Su nombre se debe a que empezaron a emplearse en reas de computacin e

instrumentacin. Los primeros amplificadores operacionales estaban fabricados con componentes

discretos (vlvulas, despus transistores y resistencias) y su costo era desorbitado. A mediados

de la dcada de los 60 comenz la produccin de operacionales integrados. Pese a que sus

caractersticas eran pobres (comparndolos con los de hoy en da), y su costo relativamente

elevado, este hecho supuso el comienzo de una nueva era en el diseo electrnico. Los

diseadores comenzaron a incorporar operacionales en sus circuitos. La demanda de nuevos y

mejores dispositivos fue atendida por los fabricantes de componentes electrnicos, y en unos pocos aos se estableci una amplia gama de operacionales de alta calidad y bajo costo.

Una de los factores que ms ha contribuido al xito de los amplificadores operacionales es su

versatilidad. Se trata de un circuito de propsito general que puede emplearse en multitud de

aplicaciones. Por si fuera poco, los modelos necesarios para analizar su comportamiento son muy

sencillos, y en la gran mayora de los casos, puede asumirse un comportamiento ideal.

Ser precisamente este comportamiento ideal el primer punto que se tratar en el siguiente

apartado. Posteriormente se explicarn los diversos modos de operacin, para finalizar el tema con unos sencillos circuitos de aplicacin.

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Ing. Ronald Coaguila Gmez/Ing. Sergio Mestas R. Arequipa 2014

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL

Tal y como acabamos de exponer, el componente electrnico conocido como amplificador

operacional es realmente un circuito complejo formado por muchos transistores y otros

componentes en un solo circuito integrado. El esquema funcional de un amplificador operacional

puede verse en la Figura 1.

Figura 1. Esquema funcional del amplificador operacional.

El amplificador operacional tiene dos entradas. En la primera etapa se amplifica levemente la

diferencia de las mismas. Esto se suele expresar tambin diciendo que se amplifica el modo

diferencial de las seales, mientras que el modo comn se rechaza. Posteriormente se pasa a

segunda etapa de ganancia intermedia, en la que se amplifica nuevamente el modo diferencial

filtrado por la primera. La ganancia total es muy elevada, tpicamente del orden de 105.

Finalmente, en la ltima etapa no se amplifica la tensin, sino que se posibilita el suministrar

fuertes intensidades.

Para que este dispositivo pueda funcionar es obvio que necesitar una fuente de alimentacin que

polarice sus transistores internos. Habitualmente se emplean dos fuentes de alimentacin, una

positiva y otra negativa. De este modo se permite que la salida sea de uno u otro signo.

Evidentemente, la tensin de salida nunca podr superar los lmites que marquen las

alimentaciones. No olvidemos que el operacional est formado por componentes no generadores.

Una vez realizada esta presentacin, hay que aclarar que en la mayora de los casos, es posible

conocer el comportamiento de un circuito en el que se inserta un operacional sin tener en cuenta

su estructura interna. Para ello vamos a definir, como siempre, un componente ideal que nos

permita una primera aproximacin. Y tambin como es habitual, los clculos rigurosos

necesitarn de modelos ms complejos, para los que s es necesario estudiarlo ms

profundamente.

El smbolo y el equivalente circuital ideal del amplificador operacional se muestra en la Figura 2.

Figura 2: Representacin del amplificador operacional ideal

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El operacional tiene cinco terminales:

Entrada no inversora (V+)

Entrada inversora (V-)

Alimentacin positiva (ECC)

Alimentacin negativa (-ECC)

Salida (VOUT)

A la hora de resolver circuitos se suelen omitir las alimentaciones, ya que como se ver, no

afectan al funcionamiento. La representacin circuital est formada por una resistencia de

entrada, que une los dos terminales, y un generador de tensin de salida. La tensin de salida es

proporcional a la diferencia de las entradas.

Las caractersticas ms relevantes del amplificador operacional son:

Resistencia de entrada muy elevada: A menudo es mayor que 1 M.

Ganancia muy elevada: Mayor que 105.

Las consecuencias que se derivan de estas caractersticas son:

La corriente de entrada es nula: Al ser la resistencia de entrada tan elevada, la corriente

que circula por los terminales inversor y no inversor puede despreciarse.

La ganancia puede considerarse infinita.

Con estas dos aproximaciones puede abordarse ya el anlisis de algunos circuitos sencillos.

III. INFORME PREVIO a) Analizar y sealar las caractersticas elctricas del Amplificador Operacional, en base a las

hojas de datos de los CI- OP-AMP.

b) Explicar brevemente los tipos de OP-AMP que operan en rango de audiofrecuencias.

c) Explicar brevemente los tipos de OP-AMP para aplicaciones digitales.

d) Explicar el efecto de Tierra Virtual. Consultar cinco autores por lo menos.

e) Analizar y efectuar el clculo del siguiente circuito. Hallar y graficar, Vo vs. Vi, Vo vs. f , si

Vi= 12mV sen wt ( Si conoce algn programa simulador, verifique resultados)

IV. MATERIALES Y EQUIPOS - Fuentes de Alimentacin. - Potencimetros

- Osciloscopio - Protoboard, cables de conexin

- Generador de seales - Multmetro

- 01 Amplificador operacional TL 081

- 01 Amplificador operacional LM741

- Resistencias de 1K,10K,22K y471K - Condensadores de 0.01uF, 0.1uF

1uF

1uF

1uF A

Vee-12V

Vcc+12v

10kHz

Vin

-1/1V

+

U1TL081

R2

10k

R3 25k

R1

10k

R425k

RL25k

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V. PROCEDIMIENTO

Amplificador Inversor. 1. Armar el siguiente circuito

2. Aplique una diferencia de potencial de 0 V a la entrada (Vi = 0), haga la diferencia de

potencial de salida (Vo) igual a 0 V variando el control (PI 0K) (offset).

3. Aplique a la entrada una seal de v(t)=0.2sen(2000 t).

4. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las seales de entrada (Vi) y de

(Vo) simultneamente.

5. Agregue sus comentarios.

Amplificador No Inversor. 1. Arme el siguiente circuito.

2. Aplique a la entrada una seal de v(t)=0.2sen(2000 t). 3. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las seales de entrada (Vi) y de

(Vo) simultneamente.

4. Agregue sus comentarios.

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Amplificador Seguidor. 1. Arme el siguiente circuito.

2. Aplique a la entrada una seal de v(t)=0.2sen(2000 t). 3. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las seales de entrada (Vi) y de

(Vo) simultneamente.

4. Agregue sus comentarios.

Amplificador Sumador.

5. Armar el siguiente circuito.

6. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las seales de entrada (Vi) y de

(Vo) simultneamente.

7. Anote sus comentarios.

Amplificador Diferenciador. 1. Armar el siguiente circuito.

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2. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las seales de entrada (Vi) y de

(Vo) simultneamente.

3. Anote sus comentarios.

Amplificador Integrador. 1. Armar el siguiente circuito.

2. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las seales de entrada (Vi) y de

(Vo) simultneamente.

3. Anote sus comentarios.

Amplificador Diferencial.

1. Armar el circuito del informe previo.

2. Observe el osciloscopio para observar las diferencias entre las seales de entrada (Vi) y de

(Vo) simultneamente.

3. Anote sus comentarios.

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VI. CUESTIONARIO FINAL: 1. Calcule la ganancia de diferencia de potencial terica del circuito y comprela con la

obtenida experimentalmente.

2. Indique en qu consiste el efecto de "saturacin".

3. Cules son las caractersticas que determinan la mxima amplificacin sin saturacin

4. En cada punto del circuito del informe inicial dibujar la grfica de la seal Indicar las

magnitudes y frecuencias.

5. Indicar en que aplicaciones prcticas se usa estas aplicaciones del OP_AMP utilizados en la

experiencia

VII. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES Enunciar sus conclusiones y observaciones de la experiencia

VIII. BIBLIOGRAFIA