INSTRUMENTACIÓN. Práctica Circuitos con Amplificadores Operacionales 101. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA. Sesión 1.

Transcripción

1 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA Práctica INSTRUMENTACIÓN. Circuitos con Amplificadores Operacionales 101. Sesión 1. Cliente: Ingeniería Electrónica y eléctrica. Autor: Ing. Miguel.Angel Mendoza Mendoza. 26 de Agosto del 2015 Practica: 1.0.0

2 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA CONTENIDO. PRÁCTICA INSTRUMENTACIÓN. 1 CIRCUITOS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES CONTENIDO. 2 RESUMEN DE LA PRÁCTICA. 3 OBJETIVO 3 METAS. 3 ESQUEMA DE TRABAJO DE LA PRÁCTICA 3 LISTA DE HERRAMIENTAS Y MATERIALES. 4 HERRAMIENTAS. 4 MATERIALES. 4 DESARROLLO DE LA PRÁCTICA. 5 CIRCUITOS A EVALUAR. 6 LISTA DE COMPROBACIÓN DE TAREAS. 7 REPORTE DE PRÁCTICA. 8

3 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA RESUMEN DE LA PRÁCTICA. Objetivo El objetivo de la práctica es que el alumno caracterice de manera práctica los circuitos convencionales creados en base de Amplificadores Operacionales y que son utilizados para el acondicionamiento de señales en instrumentación y control. El comprenderá las limitaciones prácticas de los circuitos que son analizados teóricamente en clase de tal manera que obtenga experiencia en el manejo y selección de sus circuitos y circuitos integrados. Metas. El estudiante de ingeniería confrontara la caracterización de un circuito integrado con funciona de amplificador operacional de manera práctica a fin de comparar sus resultados con los datos proporcionados por los fabricantes y los cálculos realizados durante la cátedra. El alumno caracterizara el ancho de banda de los Op Amps adquiridos, siguiendo la metodología típica minimalista. Se probaran los puntos más importantes del uso de los amplificadores operacionales para 5 configuraciones estándar. Esquema de trabajo de la práctica Antes de realizar cualquier actividad, tener presente la lista de tareas sugeridas que a continuación se lista. 1. Revisión de la información proporcionada por el fabricante. 2. Preparación de las herramientas de registro para los datos obtenidos (hojas de calculo). 3. Acondicionamiento de los instrumentos y herramientas necesarias para emprender la caracterización. 4. Caracterización de los valores necesarios bajo cambios en la o las variables a controlar, considerando las condiciones de caracterización y el estado de los semiconductores. 5. Caracterización de los semiconductores como parte del proceso de interés o del circuito de aplicación necesario.

4 LISTA DE HERRAMIENTAS Y MATERIALES. Herramientas. Elemento Cantidad Descripción Multimetro. 1 Elemento con termopar propio incluido para comparaciones, capacidad de medición en micro volts preferentemente. Osciloscopio 1 Elemento de visualización de señales eléctricas. Generador de señal 1 Elemento generador de señal controlable. Protoboard 1 Elemento de prototipado. Cables y elementos de conexión. Los necesarios Todos los elementos que el estudiante considere de utilidad para el armado de los circuitos solicitados por la práctica. El osciloscopio deberá ser tratado con el debido cuidado, al solicitarlo en caseta obtenga dos puntas de señal y sus respectivos cables de alimentación. De ser posible se recomienda al estudiante llevar a la práctica su propio multímetro para hacer uso de dos de estas herramientas simultáneamente, y así, acelerar los procedimientos solicitados. Materiales. Elemento Cantidad Descripción TL084 1 Amplificador operacional quadruple. LM324 1 Amplificador operacional quadruple. Resistencias Las necesarias Los valores de resistencias utilizados en los circuitos del presente manual. Para ubicar las resistencias específicas consultar los circuitos de las figuras de éste documento.

5 Antes de comenzar la practica deberán presentarse todos los materiales listados en la sección Materiales de la practica, de ser solicitados los cálculos previos al laboratorio y las hojas de datos proporcionas por el fabricante sin falta, de lo contrario no será permitido al estudiante el uso del laboratorio. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA. Para los circuitos ubicados en la sección Circuitos a evaluar repita la siguiente lista de tareas: 1. Realice un barrido de voltaje de 0.0 V a 3.0 V en corriente directa para pasos de 0.2 V en la entrada E1 al circuito y mida y registre la salida E0 utilizando un osciloscopio. 2. Bajo las condiciones del paso anterior mida el voltaje en todas las resistencias involucradas utilizando un multímetro para cada uno de los voltajes de E1 y registre dichos valores. 3. Repita el paso 1 y 2 para una señal de entrada de tipo senoidal de 200 mvpp y realice un barrido con incrementos de 200 mvpp hasta alcanzar un voltaje de 3 Vpp utilizando ganancia unitaria de ser necesario. 4. Repita el paso 1 y 2 para una señal de entrada de tipo pulso cuadrado de 200 mvpp y realice un barrido con incrementos de 200 mvpp hasta alcanzar un voltaje de 3 Vpp utilizando ganancia unitaria de ser necesario. 5. Repita el paso 1 y 2 para una señal de entrada de tipo diente de sierra de 200 mvpp y realice un barrido con incrementos de 200 mvpp hasta alcanzar un voltaje de 3 Vpp utilizando ganancia unitaria de ser necesario. 6. Para todos los circuitos excepto el de la Figura 1 repita el paso 3 para ganancias de 1, 10, 100 utilizando resistores en el orden de ohms, kiloohms y megaohms respectivamente para cada una de las ganancias y realice las anotaciones y mediciones pertinentes sobre los resultados obtenidos haciendo uso del multímetro y el osciloscopio. 7. Para todos los circuitos realice un barrido de frecuencia de 10 Hz a 1 MHz con una señal senoidal de alimentación de 1 Vpp en el punto E1 mientras realiza un monitoreo de la salida E0 con el osciloscopio. Ubique la frecuencia de corte como el punto en el que la señal de salida es el 70.7 % de la entrada.

6 CIRCUITOS A EVALUAR. Figura 1. Seguidor de voltaje. a) Version tradicional. b) Version con resistencia de retroalimentación. Figura 2. Amplificador no inversor.. Figura 3. Amplificador inversor.

7 Figura 4. Sumador de voltaje. Figura 5. Convertidor de voltaje a corriente. LISTA DE COMPROBACIÓN DE TAREAS. Utilice para comprobar que se haya concluido con la totalidad de las tareas asignadas para la práctica en cuestión. Determinar los valores de señal y configuraciones bajos los que el amplificador operacional se comporta de la manera esperada. Medir la salida de señal de todos los circuitos registrando los valores de voltaje y frecuencia de cada medición en cuestión.

8 REPORTE DE PRÁCTICA. El reporte de la practica debe incluir las secciones comunes de todo reporte de laboratorio y por lo menos los siguientes aspectos. A. Tablas y gráfica comparativas de comportamiento observado de cada circuito integrado caracterizado contra los datos proporcionados por su fabricante. Las tablas deberán indicar metódicamente las condiciones de prueba y el procedimiento seguido para obtener los datos. B. Circuitos y cálculos teóricos correspondientes para cada caso. Junto a una explicación detallada del funcionamiento del circuito. C. Cálculos estadísticos del porcentaje de error y discrepancia observado. D. Análisis cuantitativo de los resultados y todos los puntos de interés de la práctica. E. Conclusiones individuales de cada miembro participante del equipo que desarrollo la práctica. F. Introducción que contendrá los objetivos y justificación de la práctica y Marco teórico enfocado a la justificación de los fenómenos observados durante su desarrollo. G. Bibliografía de los contenidos consultados y las fuentes citadas en un marco teórico referente exclusivamente a los datos y formulas utilizadas en el desarrollo de la práctica.