PRACTICA Nº 2 CIRCUITOS NO LINEALES CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES PREPARACIÓN TEÓRICA

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1 9 PRACTICA Nº CIRCUITOS NO LINEALES CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES PREPARACIÓN TEÓRICA.- INTRODUCCION En diversas situaciones se requiere el empleo de circuitos que modifican en forma no-lineal las señales procesadas. La amplitud, como usualmente ocurre, es el parámetro base tomado en cuenta en las dos aplicaciones estudiadas en esta practica: limitación de la excursión máxima de una señal y estableciendo una zona muerta. En ambos casos, se emplearan amplificadores operacionales (AO) como elementos centrales de la circuiteria respectiva..- OBJETIVOS - Analizar la operación de limitación de amplitud de una señal a un determinado rango, mediante el uso de amplificadores operacionales. - Considerar circuitos relativos que pueden producir el mismo efecto de limitación. - Analizar los efectos que produce la operación de un circuito con zona muerta sobre la amplitud de una señal. - Graficar e interpretar las curvas de transferencia de los circuitos limitadores y de zona muerta. - Establecer posibles aplicaciones de los circuitos estudiados..3- CIRCUITO LIMITADOR DE AMPLITUD La Figura. corresponde al esquema de un circuito limitador de la excursión máxima de una señal, tanto positiva como negativamente. El rango de las amplitudes máximas se determina mediante elementos externos a los AOs. El circuito posee también un rango de amplitud para la operación lineal que depende de una relación de resistencias y que por lo tanto permite un fácil control.

2 0 Rf R V7 khz R R5 3 U D D D R U R3 Figura. - Explique detalladamente el funcionamiento del circuito de la Fig... Asuma una señal de entrada de tipo sinusoidal de amplitud adecuada y grafique las formas de onda que estime necesarias. El AO es el LM3 alimentado en forma dual con fuentes de V. - Determine los valores de las resistencias a emplear si se desea tener una ganancia de 0 en la región lineal y unas tensiones de limitación de 6V y -V - Si la tensión de entrada Vi es una onda sinusoidal de 00Hz y V de amplitud pico. Dibuje la señal de salida () del circuito limitador diseñado según las condiciones del punto anterior. - Repita el punto precedente si la señal de entrada es una onda triangular de KHz y 3V pico, superpuesta sobre una componente DC de V. - Grafique la curva de transferencia vs Vi del circuito diseñado. - Indique por lo menos aplicaciones prácticas de este limitador..- CIRCUITO DE ZONA MUERTA En la figura. se muestra la configuración de un amplificador con zona muerta; es decir, un circuito que presenta cierta insensibilidad, correspondiente a una ganancia nula, para cierto rango de valores de la señal de entrada R R V - R3 R R D D D 3 LM3 Figura.

3 - Explique el funcionamiento del circuito ilustrado. - Determine las relaciones matemáticas para calcular los factores K y K, que establecen el rango de zona muerta del circuito de la Fig.. para el cual, la salida () es nula. - Calcule el correspondiente rango de la zona muerta, si emplea el AO LM3 alimentado con fuentes de V. Además R = R 3 = 0R = 0R y los diodos se asumen ideales. Recuerde que dicho rango viene dado por: -K V < Vi< K V - Calcule la ganancia del circuito en la zona lineal, si además de los datos precedentes: R = R = R 3. - Determine los valores de R ; R 3 ; R ; R y R para obtener una zona muerta de /- V; es decir de un ancho de V alrededor de Vi=0 y una ganancia de 5 en la zona lineal del amplificador. - Si la señal de entrada es una onda sinusoidal de 3V de amplitud pico y 00Hz de frecuencia. Grafique la correspondiente tensión de salida (). - Repita el punto anterior para una onda triangular de 5V de amplitud pico e igual frecuencia. - Dibuje la curva de transferencia de este circuito.5- BIBLIOGRAFIA. Stout and Kaufman. Operational Amplifier Circuit Design. McGraw-Hill Robert Coughlin. Circuitos Integrados Lineales. Prentice Hall Deboo-Burrous. Integrated Circuits and Semiconductor Device: Theory and Applications. McGraw-Hill Millman-Halkias. Integrated Electronics. McGraw-Hill. 97.

4 PRACTICA Nº CIRCUITOS NO LINEALES CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES Trabajo de Laboratorio.- OBJETIVOS - Establecer las ecuaciones y calcular los elementos, componentes de circuitos limitadores con tramos lineales. - Verificar la operación de limitación de la amplitud de una señal a un rango determinado, mediante circuitos. - Comprobar el funcionamiento y establecer aplicaciones para circuitos con AO cuya característica tiene una zona muerta, controlable con elementos externos. - Graficar e interpretar curvas de transferencia de circuitos no- lineales. - Comparar los resultados experimentales con las predicciones teóricas..- MATERIAL REQUERIDO - Un circuito integrado (AO) LM3. - (0) Diodos semiconductores N8 - (0) Resistencias de 0.5W, según los valores de diseño. - Potenciómetro de 00K. - Fuente dual - Protoboard - Osciloscopio dual con puntas de prueba - Generador de señales (Wavetek). - Multimetro electrónico. - Cables y demás elementos de conexión

5 3.3- CIRCUITO LIMITADOR DE AMPLITUD La figura. ilustra el esquema de un circuito limitador de amplitud basado en AOs de rango ajustable Rf R khz Vi R R5 3 V U D D D V5 R U R3 Figura. - Monte el circuito indicado en la Fig... Para ello, alimente el LM3 y los demás elementos con fuentes de /- V y elija los valores de las resistencias de modo que la ganancia en la región lineal sea de 0 y las tensiones de limitación sean 6V y -V respectivamente. - Verifique la correcta operación del circuito, mediante la aplicación de una entrada sinusoidal de Vp de amplitud y 00Hz de frecuencia. Dibuje las correspondiente tensiones Vi, V, V5 y en forma secuencial. - Dibuje el circuito de la Figura. con los valores comerciales empleados e indique, con colores las trayectorias de las diversas corrientes para los rangos lineal y no lineal (limitación de amplitud) - Seleccione una onda triangular de 0.5Vp de amplitud y 300Hz de frecuencia. Verifique la operación del circuito y dibuje secuencialmente las tensiones Vi, V, V5 y. - Opere el osciloscopio en MODO XY y obtenga la curva de transferencia del circuito. Emplee como entrada una sinusoide de Vp de amplitud y 00Hz de frecuencia - Varíe gradualmente la frecuencia de la señal de entrada (Vi) en un amplio rango. Observe y explique los resultados.

6 - Opere el osciloscopio en modo normal y compare los resultados experimentales con los cálculos efectuados en la preparación teórica. Indique y explique las diferencias que observe.- CIRCUITO CON ZONA MUERTA La Fig.. corresponde a la configuración de un amplificador cuya característica presenta una zona de insensibilidad (zona muerta), ajustable mediante elementos externos al AO R R V - R3 R R D D D 3 LM3 Figura. - Monte el circuito de la Fig... alimente el AO LM3 y los demás elementos con /-V. Emplee los valores de resistencia para satisfacer las condiciones R = R 3 = 0R = 0R y R = R =R 3. - Verifique la, operación del circuito mediante la aplicación de una entrada sinusoidal de 3Vp de amplitud y 00Hz de frecuencia. - Compare los cálculos de su preparación con los resultados experimentales obtenidos (niveles, ancho de la zona muerta y ganancia en la región lineal). Indique y explique las posibles diferencias. - Grafique las señales Vi y para entrada sinusoidales y triangulares - Obtenga y grafique la curva de transferencia del circuito con zona muerta. Emplee una entrada sinusoidal. - Desconecte R y R y conecte los extremos de un potenciómetro, de un valor aproximado a la suma de R y R, entre el ánodo de D y el cátodo de D, y en la toma central de éste conecte Vi. Varíe dicho potenciómetro, observe y explique los efectos que provoca en la, operación original. - Varíe la frecuencia de la señal de entrada en un amplio rango. Observe y explique los resultados.

7 5 - Menciones por los menos (0) aplicaciones prácticas del circuito estudiado.