Generador De Funciones
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- Pages: 12
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
INTRODUCCION
El concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los computadores analógicos, en los que comenzaron a usarse técnicas operacionales en una época tan temprana como en los años 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas características de operación estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados. Cambiando los tipos y disposición de los elementos de realimentación, podían implementarse diferentes operaciones analógicas; en gran medida, las características globales del circuito estaban determinadas sólo por estos elementos de realimentación. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseño de circuitos.
Huillca Huaman Henrry C.
Página 1
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
AMPLIFICADOR OPERACIONAL Un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O., op-amp u OPAM), es un circuito electrónico (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 más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741. El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar. Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.) en calculadoras analógicas. De ahí su nombre. El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero.
El amplificador operacional ideal.-
Los fundamentos básicos del amplificador operacional ideal son relativamente fáciles. Quizás, lo mejor para entender el amplificador operacional ideal es olvidar todos los pensamientos convencionales sobre los componentes de los amplificadores, transistores, tubos u otros cualesquiera. En lugar de pensar en ellos, piensa en términos generales y considere el amplificador como una caja con sus terminales de entrada y salida. Trataremos, entonces, el amplificador en ese sentido ideal, e ignoraremos qué hay dentro de la caja.
Huillca Huaman Henrry C.
Página 2
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
En la figura 1 se muestra un amplificador idealizado. Es un dispositivo de acoplo directo con entrada diferencial, y un único terminal de salida. El amplificador sólo responde a la diferencia de tensión entre los dos terminales de entrada, no a su potencial común. Una señal positiva en la entrada inversora (-), produce una señal negativa a la salida, mientras que la misma señal en la entrada no inversora (+) produce una señal positiva en la salida. Con una tensión de entrada diferencial, Vd, la tensión de salida, Vo, será a Vd, donde a es la ganancia del amplificador. Ambos terminales de entrada del amplificador se utilizarán siempre independientemente de la aplicación. La señal de salida es de un sólo terminal y está referida a masa, por consiguiente, se utilizan tensiones de alimentación bipolares ( ± )
Huillca Huaman Henrry C.
Página 3
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Teniendo en mente estas funciones de la entrada y salida, podemos definir ahora las propiedades del amplificador ideal. Son las siguientes:
1. La ganancia de tensión es infinita: 2. La resistencia de entrada es infinita: 3. La resistencia de salida es cero: Ro = 0 4. El ancho de banda es infinito: 5. La tensión offset de entrada es cero: V0 = 0 sí Vd = 0 A partir de estas características del AO, podemos deducir otras dos importantes propiedades adicionales. Puesto que, la ganancia en tensión es infinita, cualquier señal de salida que se desarrolle será el resultado de una señal de entrada infinitesimalmente pequeña.
AMPLIFICADOR INTEGRADOR El integrador
Se ha visto que ambas configuraciones básicas del AO actúan para mantener constantemente la corriente de realimentación, IF igual a IIN.
Una modificación del amplificador inversor, el integrador, mostrado en la figura 6, se aprovecha de esta característica. Se aplica una tensión de entrada VIN, a RG, lo que da lugar a una corriente IIN. Huillca Huaman Henrry C.
Página 4
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Como ocurría en el amplificador inversor, V(-) = 0, puesto que V(+) = 0, y por tener impedancia infinita toda la corriente de entrada Iin pasa hacia el condensador CF, llamaremos a esta corriente IF.
El elemento realimentador en el integrador es el condensador CF. Por consiguiente, la corriente constante IF, en CF da lugar a una rampa lineal de tensión. La tensión de salida es, por tanto, la integral de la corriente de entrada, que es forzada a cargar CF por el lazo de realimentación.
La variación de tensión en CF es
lo que hace que la salida varíe por unidad de tiempo según:
Como en otras configuraciones del amplificador inversor, la impedancia de entrada es simplemente RG
Obsérvese el siguiente diagrama de señales para este circuito
Huillca Huaman Henrry C.
Página 5
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Por supuesto la rampa dependerá de los valores de la señal de entrada, de la resistencia y del condensador.
Huillca Huaman Henrry C.
Página 6
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
GENERADOR DE FUNCIONES A continuación se presenta el circuito que nos ayudara a generar las funciones que antes mencionamos:
Huillca Huaman Henrry C.
Página 7
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Huillca Huaman Henrry C.
Página 8
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Luego llevándolo a placa se tiene :
REFERENCIAS
Se hizo uso de los programas PCB WIZARD y LIVEWIRE
Huillca Huaman Henrry C.
Página 9
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
PANEL FOTOGRAFICO
Circuito del generador de funciones en placa modificado para un mejor funcionamiento
Reverso de la placa del circuito
Huillca Huaman Henrry C.
Página 10
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Señales obtenidas
NOTAS: No se logro obtener la onda de salida triangular; es similar a la onda sinodal No se usó capacitores de 0.01 mili faradios ya que estos no se encuentran en el mercado; se usó de 10 nano faradios
Huillca Huaman Henrry C.
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INTRODUCCION
El concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los computadores analógicos, en los que comenzaron a usarse técnicas operacionales en una época tan temprana como en los años 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas características de operación estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados. Cambiando los tipos y disposición de los elementos de realimentación, podían implementarse diferentes operaciones analógicas; en gran medida, las características globales del circuito estaban determinadas sólo por estos elementos de realimentación. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseño de circuitos.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
AMPLIFICADOR OPERACIONAL Un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O., op-amp u OPAM), es un circuito electrónico (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 más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741. El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar. Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.) en calculadoras analógicas. De ahí su nombre. El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero.
El amplificador operacional ideal.-
Los fundamentos básicos del amplificador operacional ideal son relativamente fáciles. Quizás, lo mejor para entender el amplificador operacional ideal es olvidar todos los pensamientos convencionales sobre los componentes de los amplificadores, transistores, tubos u otros cualesquiera. En lugar de pensar en ellos, piensa en términos generales y considere el amplificador como una caja con sus terminales de entrada y salida. Trataremos, entonces, el amplificador en ese sentido ideal, e ignoraremos qué hay dentro de la caja.
Huillca Huaman Henrry C.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
En la figura 1 se muestra un amplificador idealizado. Es un dispositivo de acoplo directo con entrada diferencial, y un único terminal de salida. El amplificador sólo responde a la diferencia de tensión entre los dos terminales de entrada, no a su potencial común. Una señal positiva en la entrada inversora (-), produce una señal negativa a la salida, mientras que la misma señal en la entrada no inversora (+) produce una señal positiva en la salida. Con una tensión de entrada diferencial, Vd, la tensión de salida, Vo, será a Vd, donde a es la ganancia del amplificador. Ambos terminales de entrada del amplificador se utilizarán siempre independientemente de la aplicación. La señal de salida es de un sólo terminal y está referida a masa, por consiguiente, se utilizan tensiones de alimentación bipolares ( ± )
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Teniendo en mente estas funciones de la entrada y salida, podemos definir ahora las propiedades del amplificador ideal. Son las siguientes:
1. La ganancia de tensión es infinita: 2. La resistencia de entrada es infinita: 3. La resistencia de salida es cero: Ro = 0 4. El ancho de banda es infinito: 5. La tensión offset de entrada es cero: V0 = 0 sí Vd = 0 A partir de estas características del AO, podemos deducir otras dos importantes propiedades adicionales. Puesto que, la ganancia en tensión es infinita, cualquier señal de salida que se desarrolle será el resultado de una señal de entrada infinitesimalmente pequeña.
AMPLIFICADOR INTEGRADOR El integrador
Se ha visto que ambas configuraciones básicas del AO actúan para mantener constantemente la corriente de realimentación, IF igual a IIN.
Una modificación del amplificador inversor, el integrador, mostrado en la figura 6, se aprovecha de esta característica. Se aplica una tensión de entrada VIN, a RG, lo que da lugar a una corriente IIN. Huillca Huaman Henrry C.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Como ocurría en el amplificador inversor, V(-) = 0, puesto que V(+) = 0, y por tener impedancia infinita toda la corriente de entrada Iin pasa hacia el condensador CF, llamaremos a esta corriente IF.
El elemento realimentador en el integrador es el condensador CF. Por consiguiente, la corriente constante IF, en CF da lugar a una rampa lineal de tensión. La tensión de salida es, por tanto, la integral de la corriente de entrada, que es forzada a cargar CF por el lazo de realimentación.
La variación de tensión en CF es
lo que hace que la salida varíe por unidad de tiempo según:
Como en otras configuraciones del amplificador inversor, la impedancia de entrada es simplemente RG
Obsérvese el siguiente diagrama de señales para este circuito
Huillca Huaman Henrry C.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Por supuesto la rampa dependerá de los valores de la señal de entrada, de la resistencia y del condensador.
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Página 6
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
GENERADOR DE FUNCIONES A continuación se presenta el circuito que nos ayudara a generar las funciones que antes mencionamos:
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Página 7
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Huillca Huaman Henrry C.
Página 8
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Luego llevándolo a placa se tiene :
REFERENCIAS
Se hizo uso de los programas PCB WIZARD y LIVEWIRE
Huillca Huaman Henrry C.
Página 9
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
PANEL FOTOGRAFICO
Circuito del generador de funciones en placa modificado para un mejor funcionamiento
Reverso de la placa del circuito
Huillca Huaman Henrry C.
Página 10
AMPLIFICADOR OPERACIONAL “APLICACIONES”
Señales obtenidas
NOTAS: No se logro obtener la onda de salida triangular; es similar a la onda sinodal No se usó capacitores de 0.01 mili faradios ya que estos no se encuentran en el mercado; se usó de 10 nano faradios
Huillca Huaman Henrry C.
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