UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS Facultad de Ingeniería Departamento de Ing. Eléctrica Electrónica II AMPLIFICADORES OPERACIONALES

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1 AMPLIFICADORES OPERACIONALES LAURA MAYERLY ÁLVAREZ JIMENEZ ( ) MARÍA ALEJANDRA MEDINA OSPINA ( ) RESUMEN En esta práctica de laboratorio se implementarán diferentes circuitos electrónicos en los cuales se comprenderá el funcionamiento de un amplificador operacional y sus diferentes tipos como el amplificador inversor y el amplificador seguidor, observando su ganancia en voltaje y las características de sus componentes para el funcionamiento adecuado. INTRODUCCIÓN En el desarrollo de la práctica se implementarán diferentes circuitos en los que se podrá observar con más detenimiento las características que presentan los amplificadores operacionales y las distintas maneras de su funcionamiento al presentar comportamientos dependiendo a su configuración e implementación. Para realizar lo anterior se utilizara un amplificador operacional el cual corresponde al integrado LF353. Al trabajar de esta forma se obtendrá un mayor análisis sobre el diseño y sus condiciones al momento de realizar un circuito con funciones determinadas. OBJETIVOS Comprender la estructura y el funcionamiento del integrado LF353 que corresponde al amplificador operacional utilizado en esta práctica de laboratorio. Comprender el funcionamiento de los circuitos realimentados. Visualizar y analizar el comportamiento de las señales de entrada y salida de los circuitos planteados en el osciloscopio. Percibir la funcionalidad de los integrados utilizados para el montaje de la práctica. Diseñar circuitos electrónicos con características iniciales dadas. Comprender el funcionamiento e implementar el circuito del amplificador inversor y el amplificador seguidor. EQUIPAMIENTO Fuente DC. Generador de señales. Multímetro. Osciloscopio.

2 MATERIALES Circuito Integrado (CI) LF353. Protoboard (placa de prototipos). Resistencias de diferentes valores para diseñar. Cables. MARCO TEÓRICO Amplificador Operacional Los primeros años del amplificador operacional no fueron los de un circuito integrado de 8 patitas. Este amplificador operacional era un tubo al vacío. Símbolo del amplificador Operacional El Sr. George Philbrick, que trabajaba en los Huntington Engeneering Labs, y a quien se le atribuye su invención, lo introdujo al mercado en el año La idea principal de estos "operacionales" originales era la de ser utilizados en computadoras analógicas, para sumar, restar, multiplicar y realizar operaciones más complejas. Estos circuitos integrados son muy versátiles, de bajo precio, tamaño pequeño, con excelentes características y redujeron el diseño de un amplificador a la adición de unos resistores. Con el paso de los años y la mejora en la tecnología de fabricación, los amplificadores operacionales mejoraron notablemente. En su configuración interna se reemplazaron unos transistores bipolares por transistores de efecto de campo (JFET). Estos amplificadores JFET están a las entradas del amplificador operacional incrementándose así la impedancia de entrada de este. El operacional puede ahora amplificar señales que pueden tener la amplitud de la fuente que los alimenta y tomar muy poca corriente de la señal de entrada. Los transistores MOS (semiconductor de óxido metálico) se pusieron en los circuitos de salida. El primer amplificador (BIFET) con transistores de efecto de campo fue en LF356. El amplificador operacional BIMOS como el CA3130 tiene entradas bipolares y salida MOS (de allí viene el nombre). Estos últimos amplificadores son más rápidos y tiene unas respuesta mejor a las altas frecuencias que el conocido 741. En algún momento se tuvo que especializar el amplificador de propósito general que hasta ahora se había utilizado y salieron al mercado una gran variedad del original: Capacidad de alta corriente, alto voltaje o ambos. Amplificadores múltiples.

3 Amplificadores de ganancia programable. Amplificadores de instrumentación y control automotriz. Circuitos integrados para comunicaciones. Circuitos integrados para radio / audio / video. Características del amplificador operacional (Op. Amp. (AO)) Básicamente el Amp. Op. (Op. Amp.) es un dispositivo amplificador de la diferencia de sus dos entradas, con una alta ganancia, una impedancia de entrada muy alta, (mayor a 1 Mega ohm) y una baja impedancia de salida (de 8 a 20 ohmios). Con estas características se deduce que las corrientes de entrada son prácticamente nulas y que tiene la característica de poder entregar corriente relativamente alta. Internamente el Amplificador Operacional contiene un gran número de transistores, resistores, capacitores, etc. El terminal + es el terminal no inversor. El terminal - es el terminal inversor Hay varios tipos de presentación de los amplificadores operacionales, como el paquete dual en línea (DIP) de 8 pines o patitas. Ganancia en lazo abierto Esta ganancia es aquella que tiene el amplificador operacional cuando no existe ningún camino de realimentación entre la salida y alguna de las dos entradas. La ganancia del amplificador en lazo abierto está dada por la siguiente fórmula: Dónde: = ganancia de tensión. = tensión de salida. = tensión de entrada. En un amplificador operacional ideal, esta ganancia es infinita. Como el operacional es real, su ganancia está entre 20,000 y 200,000 (en amplificador operacional 741C). Este tipo de configuración se utiliza en comparadores, en donde lo que se desea es saber cuál de las dos entradas tiene mayor tensión.

4 Datasheet LF353 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS ACTIVIDADES A REALIZAR 1. Implementar un circuito amplificador inversor de: 3. Implementar un seguidor de voltaje con: ( ) 2. Implementar el circuito propuesto. 4. Implementar el circuito propuesto y obtener cuando el interruptor está abierto y cuando el interruptor está cerrado. Interruptor cerrado:

5 5. Diseñar el circuito para que sea de la forma requerida. SIMULACIONES 1. Circuito Inversor

6 2. Circuito No inversor UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS. 3. Circuito Seguidor

7 Escala: A= 10 V B= 5v Escala: A= 5V, B=5V 4. CON EL SWITCH

8 SIN EL SWITCH Escala: A= 5V, B= 5V Escala: A= 10V, B=5V

9 5. Circuito Sumador

10 CONCLUSIONES Un amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de manejo de señales normales o definidas por fabricantes que pueden ser manejadas por configuraciones básicas de un amplificador operacional. Se comprobó la teoría de amplificadores operacionales, su estructura, su funcionamiento y su configuración de polarización correspondiente. Para que la señal ingrese totalmente al amplificador operacional la resistencia de entrada debe ser muy grande con respecto a la resistencia de la fuente. El amplificador operacional cumple con la regla de sus terminales positivo o negativo y se comprueba en dos casos que si la señal de entrada ingresa por un terminal positivo la señal de salida va a salir en fase con la señal de entrada y si la señal de entrada ingresa por el termina negativo la señal de salida saldrá desfasada y la ganancia va a ser negativa. Se evidenció experimentalmente la teoría vista en clase sobre amplificadores operacionales, en este caso el amplificador inversor y el amplificador seguidor. BIBLIOGRAFÍA B. Guio, Electrónica Básica, Quinta Edición (Segunda versión en Español), McGraw-Hill, México, Boylestard, Robert. Electrónica Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Amplificador Operacional: características, [en línea], disponible en: recuperado el 18 de Mayo de Datasheet LF353 [en línea], disponible en: heet/fairchild/lf353.pdf, recuperado el 18 de Mayo.