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laboratorio electronica
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Resumen— Esta práctica de laboratorio se basa en
un montaje de un circuito con tres amplificadores
operacionales, este caso con tres lm74, los cuales
estaban conectados entre sí. Este circuito fue
previamente diseñado para que se obtuviera un
voltaje de salida entre el rango de 0 a 5 voltios.
Posteriormente se le conecto un sensor ultrasónico
UB 500 para determinar el valor máximo y mínimo
de voltaje en cada uno de los amplificadores
operacionales y también se pudo determinar el valor
máximo y mínimo de la corriente del circuito.
Palabras Clave—Amplificador, sensor, lm741,
rango, voltaje.
Abstract- This practice of laboratory is based on
an Assembly of a circuit with three operational
amplifiers, this case with three lm74, which were
connected each other. This circuit was previously
designed for an output voltage is obtained between
the range of 0 to 5 volts. Then is connect a sensor
ultrasonic UB 500 to determine the minimum and
maximum value of voltage in each of the operational
amplifiers and you could also determine the
minimum and maximum value of the current in the
circuit.
Keywords— Amplifier, sensor, lm741, range,
voltage.
I. INTRODUCCIÓN
En el campo de los amplificadores operacionales
se es posible diseñar circuitos donde estén
integrados estos elementos, los cuales le pueden
ser aplicados hasta 15 voltios de alimentación.
Posee ocho entradas las cuales solo en esta
práctica se es necesario utilizar solamente 6 de
las entradas de este data chip lm741. Donde la
entrada dos, representa la entrada inversora, la
entrada tres representa las entrada no inversora,
la entrada negativa de alimentación de voltaje, la
entrada siete es la entrada positiva de
alimentación de voltaje y por último se utiliza la
entrada seis, la cual es la salida del data chip
lm741.
Los amplificadores operacionales tienen una
ganancia tanto negativa como positiva,
dependiendo del tipo configuración que se tenga,
es decir, si al amplificador se le conecta una
fuente de voltaje a la entrada inversora, su
ganancia será positiva o de lo contrario si una
fuente de voltaje está conectada a la entrada no
inversora, su ganancia será positiva. Recordando
que en este caso se utiliza la retroalimentación
negativa, donde la salida del Amplificador va
conectada a la entrada inversora.
Dentro de la electrónica también se puede
encontrar el sensor ultrasónico UB-500, el cual
puede determinar un rango de valores tanto de
tensión como de amperios en un circuito, en este
caso de un circuito con amplificadores
operacionales.
Se hace el respectivo análisis y conclusiones del
circuito diseñado con base a la asignación de
valores máximos y mínimos de tensión y
corriente arrojados por el sensor ultrasónico UB-
500
II. ASPECTOS TEÓRICOS
Los amplificadores operacionales son
dispositivos electrónicos que amplifican señales
con una gran ganancia, típicamente del orden de
105 o 106 veces. Se puede representar con la
siguiente figura que muestra la representación de
un operacional, con la entrada inversora (-) y no
inversora (+) y en el otro lado se representa la
salida. El dispositivo amplificará la diferencia
entre las dos entradas.
PRACTICA DE LABORATORIO NUMERO 3
Pruebas con el Sensor Ultrasónico UB 500 Latorre Lugo David Hernando, Arias Ávila, Juan Camilo.
Fajardo, Diana b
Las características principales de un operacional
son:
1. La impedancia de entrada es muy alta,
del orden de megaOhms.
2. La impedancia de salida Z out es muy
baja, del orden de 1 ohm
3. Las entradas apenas drenan corriente,
por lo que no suponen una carga.
4. La ganancia es muy alta, del orden de
10^5 y mayor.
5. En lazo cerrado, las entradas inversora
y no inversora son prácticamente
iguales.
Amplificador Operacional No Inversor
En un amplificador operacional configurado
como amplificador no inversor, la señal a
amplificar se aplica al pin no inversor (+) del
mismo. Un amplificador operacional no inversor
no invierte la señal de salida, presenta una
ganancia mayor o igual que uno, de acuerdo al
valor que tomen las resistencias R1 y R2. La
impedancia de entrada es alta por el orden de
Megas de Ohm o más, con lo que se garantiza una
baja potencia de entrada y la no distorsión de la
señal de entrada. Tiene una baja impedancia de
salida por el orden de milis de Omh o menos, con
lo cual se asegura que la totalidad de la señal de
salida caerá en la RL.
La ganancia en un amplificador operacional no
inversor es:
Sumador Amplificador Operacional
El Circuito Sumador es un circuito muy útil,
basado en la configuración estándar del
amplificador operacional inversor. Este circuito
permite combinar múltiples entradas, es decir,
permite añadir algebraicamente dos o más
señales o voltajes para formar la suma de dichas
señales.
La tensión de salida del Circuito Sumador se
define mediante la siguiente expresión:
Aplicaciones del circuito sumador
En un amplificador de precisión, por ejemplo, se
puede añadir un pequeño voltaje para cancelar el
error de offset del amplificador operacional.
Amplificador operacional Diferencial
El Circuito Diferencial es un circuito que realiza
la diferencia algebraica entre dos tensiones de
entrada y utiliza la amplificación diferencial
natural del amplificador operacional. Para
realizar esta operación, las tensiones se aplican a
ambas entradas del amplificador operacional al
mismo tiempo y la diferencia entre ellos se
amplifica. Es decir, la tensión de salida es una
constante multiplicada por la señal diferencial de
entrada.
La ecuación que describe su voltaje de salida es:
Amplificador Operacional Seguidor de
Voltaje.
En el amplificador operacional en modo
Seguidor de Tensión, la tensión de la señal de
entrada, Vin, es igual a la tensión de salida, Vout,
es decir, la señal de salida sigue a la de entrada,
de ahí su nombre. Estos circuitos tratan de
aprovechar las características de alta impedancia
de entrada y baja de salida de los amplificadores
operacionales. La tensión de salida de este
circuito se define mediante la siguiente
expresión:
Sensor ultrasónico UB-500
El sensor incorpora una salida de conmutación
programable con dos puntos de conmutación
también programables. La programación de los
puntos de conmutación y del modo de
funcionamiento se realiza aplicando la tensión -
UB o +UB en la entrada de programación. La
tensión de alimentación debe aplicarse a la
entrada de programación durante 1 s mín. Los led
indican si el sensor reconoce el objetivo durante
el proceso de programación.
Procedimiento para programación de las
funciones de los puntos de conmutación Función
salida N.A.
1. Coloque el objeto que se va a detectar en el
punto de conmutación que desee.
2. Programe el punto de conmutación aplicando
+UB a la entrada de programación (los LED
verde y amarillo parpadean).
3. Cubra con la mano la superficie del sensor y
retire cualquier objeto de su rango de detección.
4. Aplique -UB a la entrada de programación (los
LED rojo y amarillo parpadean).
Función salida N.C.
1. Coloque el objeto que se va a detectar en el
punto de conmutación que desee.
2. Programe el punto de conmutación aplicando
-UB a la entrada de programación (los LED
verde y amarillo parpadean).
3. Cubra con la mano la superficie del sensor y
retire cualquier objeto de su rango de detección.
4. Aplique +UB a la entrada de programación
(los LED rojo y amarillo parpadean).
III. MATERIALES.
Protoboard
Fuente dual DC
Resistencias
Cable para protoboard
Amplificador operacional (LM 741)
Sensor ultrasonico UB500
IV. PROBLEMAS
1. Diseñar un circuito que tenga un voltaje de
salida entre 0 a 5 voltios, teniendo en cuenta la
conexión de los amplificadores operacionales.
Planteada en la práctica de laboratorio, sabiendo
que la corriente está en el rango de 4 a 30 mA.
Se dice qué:
𝐼 = 10𝑚𝐴 (1)
𝑉𝑂2 =𝑣𝐶𝐶 ∗ 𝑅3
𝑅2 ∗ 𝑅3 (2)
𝑉𝑂 = 𝑉𝑂2 (−𝑅8
𝑅6) +
𝑉𝑂1 ∗ 𝑅8
𝑅6 + 𝑅8(1 +
𝑅8
𝑅6)
𝑉𝑂 = 𝑉𝑂2 (−𝑅8
𝑅6) +
𝑉𝑂1 ∗ 𝑅8
𝑅6 + 𝑅8(
𝑅6 + 𝑅8
𝑅6)
( 𝑠𝑒 𝑐𝑎𝑛𝑠𝑒𝑙𝑎 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑧𝑢𝑙)
𝑉𝑂 = 𝑉𝑂2 (−𝑅8
𝑅6) +
𝑉𝑂1 ∗ 𝑅8
𝑅6
𝑉𝑂 =𝑅8
𝑅6(𝑉𝑂1 − 𝑉𝑂2) ==> 𝑉𝑂
=𝑅8
𝑅6(𝑉1 − 𝑉2) (3)
R8=R9 ^ R6=R7
Entonces se dice que:
Se escoge 𝑅1 = 500Ω debido a que
𝑉1 = 10𝑚𝐴 ∗ 500Ω
𝑉1 = 5𝑉 = 𝑉𝑂1
Por lo tanto
𝑽𝟏 = 𝑽𝟐
𝑉1 = 4𝑚𝐴 ∗ 500Ω
𝑉1 = 2𝑉
Por consiguiente
𝑉2 =𝑅3
𝑅2 + 𝑅3∗ 𝑣𝐶𝐶
2𝑣
10𝑣=
𝑅3
𝑅2 + 𝑅3
200𝑚𝑉 =3
12 + 3
R2 y R3 = 12K Ω ^ 3𝐾Ω
0 =𝑅8
𝑅6(𝑉1 − 𝑉2)
5 =𝑅8
𝑅6(𝑉1 − 𝑉2)
5 =𝑅8
𝑅6(2𝑉 − 200𝑚𝑉)
5 =𝑅8
𝑅6∗ (1.8)
5
1.8=
𝑅8
𝑅6
2.77 =𝑅8
𝑅6
Primero igualamos a cero y después a cinco
0 =𝑅8
𝑅6(4𝑚𝐴 ∗ 500 − 2)
0 = 2.77(2 − 2)
0 = 0
5 = 2.77 ∗ (10 − 2) 5
8=
𝑅8
𝑅6
0.625 =𝑅8
𝑅6
Por lo tanto R8 es igual a 5K Ω
Y R6 es igual a 8K Ω
R4 ^ R5 son resistencias que se pueden
despreciar para hacer los caculos y se colocan de
un valor no muy grande para esta práctica se
usaron resistencias de 1kΩ para ambos casos
Entonces recapitulando
Numero de
resistencia
VALOR
EN Ω
R1 500
R2 12k
R3 3k
R4 1k
R5 1k
R6 5k
R7 5k
R8 8k
R9 8k
Basándonos en los cálculos previos para el
diseño planteado se monta el circuito como se ve
en la imagen No1.
Imagen No. 1 montaje circuito diseñado
Imagen No. 2 esquemático circuito diseñado
2. Configurar el sensor ultrasónico UB-500 y
realizar el rango de la tensión obteniendo los
valores máximos y mínimo de la tensión de cada
amplificador y la corriente del circuito.
A continuación se muestra lo que el sensor
ultrasónico dio como valor máximo y mínimo
dela tensión de cada uno de los amplificadores
operaciones del circuito diseñado.
Lm741 1 2 3
Vo maximo 4,46 V 2,042 V 9,18 V
Vo minimo 1,92 V 2,035 V 2,019 V
Tabla No 1 Valores Máximos y Mínimos de
Tensión
Posteriormente se encuentra los valores máximos
y mínimos de la corriente del circuito diseñado.
Corriente
Valor Mínimo 4,01 mA
Valor Máximo 20,03 mA
Tabla No 2 Valores máximos y mínimos de
Corriente
Para tener en cuenta, el circuito estaba
alimentado con 10 voltios y el sensor ultrasónico
UB-500 se alimentó con 16 voltios.
Figura No 3 Montaje circuito diseñado conectado
con el sensor UB-500
V. SIMULACIONES
Simulación No1 Montaje circuito
En la primera parte de la simulación se coloca
una corriente de 4 mA y a la salida se observa 0
Voltios
Simulación No2 Montaje circuito
En la segunda parte de la simulación se coloca
una corriente de 20mA y a la salida se observa
5 Voltios
COMPARACION DE DATOS, TEORICOS
EXPERIMENTALES Y SIMULADOS CON
4 mA
teóric
o
experimenta
l
simulad
o
corrient
e
4mA 4.01mA 4mA
voltaje 0 V 1.92 V 0V
COMPARACION DE DATOS, TEORICOS
EXPERIMENTALES Y SIMULADOS CON
20 mA
teóric
o
experimenta
l
simulad
o
corrient
e
20mA 20.03mA 20mA
voltaje 5 V 4.46 V 5V
Porcentaje de error para 4mA
|4 ∗ 10−3 − 4.01 ∗ 10−3
4 ∗ 10−3| ∗ 100
= 𝟎. 𝟐𝟓% 𝒅𝒆 𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓
|20 ∗ 10−3 − 20.03 ∗ 10−3
20 ∗ 10−3| ∗ 100
= 𝟎. 𝟏𝟓%𝒅𝒆 𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓
Para el voltaje
|5 − 4.46
5| ∗ 100 = 𝟏𝟎. 𝟖% 𝒅𝒆 𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓
VI. ANALISIS DE RESULTADOS.
De acuerdo a los resultados obtenidos se puede
analizar que al utilizar el sensor UB-500 se dio el
valor máximo de tensión que alcanza cada uno
de los LM741, los cuales fueron de 4,41 V para
el primer amplificador operacional, 2,042 v
como valor máximo de tensión para el segundo
amplificador y 9.18 V para el tercer amplificador
operacional, donde se puede evidenciar que el
valor máximo del segundo amplificador es
menor por ser una tensión inducida por los demás
amplificadores y también por no estar conectada
directamente al voltaje de alimentación del
circuito. También se puede analizar que en el
amplificador 3 se alimentó con una tensión de
diez voltios y en el amplificador número uno,
donde se puede ver la salida general del circuito
se evidencio que tiene una tensión de salida
aproximadamente de 5 voltios, lo cual se debe al
diseño del circuito y a los estándares industriales
que se utilizan en la electrónica.
Como también se puede analizar que el sensor
UB-500 determinó el valor mínimo de tensión de
cada amplificador operacional, los cuales
respectivamente fueron de 1,92 v para el
amplificador número uno, 2,035v para el
segundo amplificador y 2,019 v para el tercer
amplificador operacional LM741.
Por otra parte el sensor realizo el valor máximo y
mínimo del valor de la corriente en el circuito
diseñado los cuales fueron respectivamente de
4,01mA y 20,03mA, lo cual cumple con el rango
propuesto para la práctica.
Por otra parte se puede analizar que hay un
porcentaje de error del 0,25% entre los datos
teóricos y experimentales del valor mínimo de la
corriente del circuito, la cual fue de 4 mA.
Posteriormente para la corriente máxima hubo un
porcentaje de error del 0.15% entre el dato
teórico y experimental de la corriente máxima de
20mA. Finalmente se puede analizar hubo un
porcentaje de error entre lo teórico y lo
experimental del valor de voltaje de salida de
10.8%. Estos errores pudieron ser a causa de la
calibración de los equipos de medición.
VII. CONCLUSIONES.
De acuerdo a lo diseñado, medido y comprobado
en la práctica de laboratorio, se puede concluir
que:
El sensor UB-500 sirve para determinar
valores máximos y mínimos de tensión
y corriente en un circuito, dependiendo
de la proximidad a la cual se configuro.
El sensor UB-500 soporta hasta 30
voltios de alimentación para su
funcionamiento.
Los valores máximos y mínimos de
tensión dependen de la configuración
del amplificador a analizar.
VIII. REFERENCIA.
http://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-seguidor-de-tension
http://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-diferencial
http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Sumador-Inversor.html
https://analogica1.files.wordpress.com/2012/03/opamp31.pdf
