PRÁCTICA 12. AMPLIFICADOR OPERACIONAL II

Transcripción

1 PRÁCTICA 12. AMPLIFICADOR OPERACIONAL II 1. Objetivo El objetivo de esta práctica es el estudio del funcionamiento del amplificador operacional, en particular de tres de sus montajes típicos que son como amplificador inversor, integrador y sumador. 2. Material necesario La práctica se realizará en los laboratorios L2 de la Escuela Superior de Ingenieros. 3. Conocimientos previos El alumno debe conocer el funcionamiento básico del amplificador operacional. Además, debe haber realizado las simulaciones planteadas en la práctica 11 con el objeto de comparar los resultados de simulación con los obtenidos experimentalmente. Los archivos de simulación necesarios para la realización de la práctica serán proporcionados por el profesor. 4. Realización de la práctica El amplificador operacional (Figura 1) es un dispositivo que funciona en modo diferencial, verificando: Vo=A d (V P -V N )=A d V d Figura 1: amplificador operacional 1

2 La intensidad por la entrada se puede relacionar con la tensión diferencial de la entrada V d =R i I i Si se considera la resistencia de salida del dispositivo, ésta provoca una caída de tensión a la salida del dispositivo, en función de la intensidad saliente: V o = A d V d -R o I o Este dispositivo se puede considerar un amplificador ideal de tensión, con las siguientes características: Posee una elevada ganancia de tensión. Esto permite considerar, siempre que el amplificador funcione linealmente, que la tensión diferencial de entrada es despreciable. Posee una elevada impedancia de entrada. Esto permite considerar que la intensidad entrante es despreciable. Posee una baja impedancia de salida. Esto permite considerar que la tensión de salida no depende de la intensidad. El circuito a probar en el laboratorio se encuentra implementado en una placa de circuito impreso tal y como se muestra en la Figura 2. Figura 2: Circuito implementado en la placa 1. Montaje amplificador inversor El primer montaje a probar es el de amplificador inversor, que se muestra en la Figura 3, alimentado a ±10V. Para ello, colocar en la placa el jumper JP1 en la posición inferior. En el montaje amplificador inversor que nos ocupa, las ecuaciones del dispositivo son: 2

3 I R2 =(V in -V A )/R 1 =(V A -V out )/R 2 V out = - A d V A Figura 3: Montaje amplificador inversor Asumiendo que el dispositivo funcione linealmente, podemos considerar despreciable la tensión diferencial de entrada V A, y obtendríamos que un montaje cuya ganancia depende del cociente de dos resistencias: V out = -R 2 /R 1 V in 1.A Comprobar el correcto funcionamiento del inversor introduciendo una señal senoidal de amplitud 500mVpp y frecuencia 5kHz. Fijar el valor de la resistencia variable (más la resistencia R1 en serie) a 2kΩ. Qué ganancia se obtiene? Comprobar dicho valor con el valor de ganancia obtenido en las simulaciones de este montaje de la práctica 11. (1 PUNTO) 1.B Representar la respuesta en frecuencia (en magnitud y en fase) del montaje haciendo un barrido de frecuencias desde 100 Hz hasta 1 MHz. Para ello, mida la magnitud de la señal de salida y el desfase entre entrada y salida en las siguientes frecuencias: 100Hz, 10kHz, 50kHz, 100kHz, 200kHz, 350kHz, 500kHz, 650kHz, 800kHz y 1MHz. (2 PUNTOS) 1.C Medir el slew rate del amplificador operacional. Para ello, fije la resistencia de entrada a 10KΩ y se introduzca como entrada una onda cuadrada de 10 khz y 4 Vpp. Hay que medir la pendiente (en V/μs) de la onda de salida, lo que nos dará el valor del Slew Rate. (1 PUNTO) 2. Montaje integrador El montaje de amplificador integrador se muestra en la Figura 4, alimentado a ±10V. Coloque el jumper JP1 de la placa en la posición superior. 3

4 Figura 4: Montaje integrador La ecuación que caracteriza el comportamiento de dicho montaje es: La señal de entrada debe ser una señal cuadrada de 100Hz de frecuencia y 300mV de amplitud. 2.A Girar el potenciómetro para que la resistencia del montaje tenga un valor de 10kΩ. Anotar la pendiente de la señal de salida. Comparar dicho valor con el valor obtenido en simulación. Para simplificar la captura de esta medida, configure el osciloscopio en modo AC. Mida también el nivel de continua de la señal de salida. (1 PUNTO) 2.B Configure el osciloscopio nuevamente en modo DC. Cambie la forma de onda de la señal de entrada modificando muy ligeramente su offset. Qué forma de onda se obtiene a la salida? Por qué? (1 PUNTO) 2.C Gire el potenciómetro para ir disminuyendo el valor de la resistencia del montaje. Qué le ocurre a la forma de la señal de salida? Por qué? Anote el valor de la resistencia a partir del cual la onda de salida cambia significativamente (saturan sus valores máximos y mínimos). (1 PUNTO) 3. Montaje sumador El montaje de amplificador sumador se muestra en la Figura 5, alimentado a ±10V. Vuelva a colocar el jumper JP1 en la posición inferior. 4

5 Figura 5: Montaje sumador Para realizar el montaje, hay que conectar en una placa de prueba una resistencia entre la segunda entrada a sumar (V in2 ) y la entrada del operacional, como se muestra en la Figura 5. Se debe unir un extremo de la resistencia al pin que se denomina TVA, en la placa. Por el otro extremo se introducirá la otra señal que se va a sumar. Las señales que se van a sumar son formas de onda de 1kHz con las siguientes características: Señal Vin1: señal senoidal, Vpp=0.5V. Señal Vin2: señal cuadrada tipo TTL. 3.A La resistencia R 4 es de 2200Ω. Fije la resistencia R 2 del montaje a 10kΩ. Qué forma de onda se obtiene a la salida? Por qué? Compruebe si el resultado es el mismo que el obtenido en simulación. (1 PUNTO) 3.B Realizar un barrido sobre la resistencia R 2 entre 1kΩ y 10kΩ con un salto de 1kΩ. Qué formas de onda se obtienen a la salida? Mida la tensión de salida pico-pico para cada uno de los valores. Coincide con los resultados de simulación? (2 PUNTOS) 5