Electrónica Analógica Amplificadores Operacionales Práctica 4

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1 APELLIDOS:......NOMBRE:... APELLIDOS:...NOMBRE:.... EJERCICIO 1 El circuito de la figura 1 representa el circuito equivalente de un AO. En este ejercicio pretendemos ver como se comporta la ganancia del mismo en función de las impedancias de entrada y de salida. Vo Figura 1 1. Realiza el montaje de la figura 1 y calcula los valores de la ganancia de tensión variando los valores de la impedancia de entrada (Ri) manteniendo la impedancia de salida (Ro) constante. Repite la operación manteniendo Ri constante y variando Ro según los datos de las tablas. Ro = 50Ω Ri = 30k %Ri (Ri=30k) A=Vo/Vs %Ro (Ro=10k) A=Vo/Vs 10 74,6 V 10 87,97 V 20 85,29 V 20 80,63 V 30 89,55 V V 40 91,85 V 40 69,12 V 50 93,85 V 50 64,5 V 60 94,27 V 60 60,2 V 70 94,99 V 70 56,7 V 80 95,52 V 80 53,5 V 90 95,99 V 90 50,7 V ,29 V ,1 V 2. Qué conclusiones deduces de los resultados obtenidos? En la entrada, cuando aumentamos Ri la diferencia entre Rs y ella se hace cada vez mayor, siendo la tensión perdida en Rs cada vez menor. En la salida ocurre algo similar. Cuanto mayor sea el valor de Ro más tensión se va a perder en dicha resistencia, siendo menor la tensión obtenida a la salida. Ingeniería de Sistemas y Automática Pag 1

2 EJERCICIO 2 El circuito de la figura, es un amplificador de tensión, construido a partir de un amplificador operacional ideal alimentado a ±15v. 1.- Qué elementos del circuito determinan la ganancia del amplificador y cual es la expresión que la determina? 2.- Modificar los componentes adecuados para conseguir que el circuito tenga una amplificación A =2. Para tener una ganancia de 2 (-2 en nuestro caso) necesitaremos que R2 sea doble que R1. Para que la resistencia en paralelo sea parecida a la de polarización de la entrada no inversora, utilizaremos 2k6 (R2) y 1k3 (R1). 3.- Siendo la ganancia A=-2, qué salidas se obtendrán para las siguientes entradas? Vi= 3v Vi= 6v Vi= 9v Vi= 18v Vi= 5 senα Vi=12 senα Vi=20 senα -6 V -12 V -15 V -15 V -10 senα V -24 senα ó +/- 15 V -40 senα ó +/- 15 V Ingeniería de Sistemas y Automática Pag 2

3 4.- Cual debe ser la máxima ganancia para que con una entrada sinusoidal de amplitud 1v, la salida no se vea distorsionada en ningún momento. La ganancia máxima (salida máxima/entrada) para el caso que se nos presenta sería de -15. Para ello tenemos que cambiar los valores de R1 y R2 (R2=15kΩ, R1=1kΩ). Si la ganancia fuera mayor, rebasaría el valor absoluto de la alimentación y se deformaría en los picos de tensión. Ejercicio 3 El circuito de la figura es un sumador construido a partir de un amplificador operacional ideal Determinar la ecuación de funcionamiento y la forma de onda de la tensión de salida para las entradas de tensión indicadas en el circuito. Ingeniería de Sistemas y Automática Pag 3

4 2.- Razonar la nueva forma de onda obtenida si la tensión de entrada fuera 1v/10Hz/180º. Ahora la señal senoidal se resta (desfase de 180º) y la nueva función es: 3.- Qué valor máximo podría tener la resistencia de 5kΩ sin que la salida sufriera ninguna distorsión?. En el primer caso, la tensión de entrada máxima es de y, por lo tanto: En el segundo caso, la tensión de entrada máxima es de ±1V (En los puntos α=0º o 180º), por lo tanto: NOTA: Tener cuidado con los valores máximos de las tensiones de entrada. Ingeniería de Sistemas y Automática Pag 4

5 Ejercicio 4 El circuito de la figura es un comparador construido a partir de un amplificador operacional ideal. 1.- Analizar su funcionamiento y determinar la forma de onda de la tensión de salida en función de las dos tensiones de entrada. Analizar también los cambios que se producen en la tensión de salida en función del potenciómetro. Nos encontramos ante un amplificador operacional configurado como comparador que compara dos tensiones diferentes (una triangular y otra continua). Dado que la continua esta conectada a la entrada no inversora siempre que esta sea mayor, a la salida del amplificador obtendremos el valor máximo de V cc, ocurriendo el caso contrario si la señal triangular supera a la continua. 2.- Emplear este mismo circuito para comparar una tensión senoidal de valor eficaz 10v con una referencia de cero voltios (Disparador de Schmitt). Realizar en el circuito los cambios oportunos y analizar la nueva forma de onda obtenida. Al igual que en el circuito de el apartado anterior, cuando la tensión senoidal de nuestro circuito sea mayor que nuestra tensión continua (0 V) a la salida obtendremos la tensión de alimentación negativa, es decir, satura a negativo (semiciclo negativo). Cuando sea superior la tensión continua a la salida obtendremos la tensión de alimentación positiva (semiciclo positvo). Ingeniería de Sistemas y Automática Pag 5

6 Ejercicio 5 En este ejercicio se pretende estudiar el ancho de banda del AO. Para ello utilizaremos un trazador de Bode. Figura 2 Figura 3 1. Realiza los montajes de la figura 2 y 3 y obtén el diagrama de Bode de cada uno. Diagrama figura 2 Diagrama figura 3 2. Calcula la frecuencia de ganancia unidad o frecuencia de transición en cada caso. Figura 2 Figura 3 f T = 99,526 MHz f T = 89,731 MHz 3. Calcula las frecuencias de corte superior. Figura 2 Figura 3 f 2 = 490,593 Hz f 2 = 9,176 MHz 4. Qué conclusiones deduces de los resultados obtenidos? La frecuencia de transición es la misma en los dos montajes. Pero se observa que la frecuencia de corte es mucho mayor con la realimentación negativa. Por lo tanto se puede decir que la realimentación negativa mejora la respuesta en frecuencia. Ingeniería de Sistemas y Automática Pag 6

7 EJERCICIO 6 Realiza el montaje del circuito inversor de la figura 3. Figura 3 Comprobar que: 1. Las corrientes de entrada al amplificador operacional son casi nulas. 2. Las tensiones de la entrada inversora y no inversora son casi iguales. 3. La entrada inversora es una masa virtual. 4. Introduce los siguientes valores de Vi: Vi= 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5. Comprueba la masa virtual en todos los casos Qué es lo que sucede? Saca conclusiones de los resultados obtenidos. Las corrientes de polarización (unos nanoamperios) se mantienen parejas y estables. La tensión de la entrada inversora es ligeramente positiva y con las distintas entradas sólo se diferencia en unos pocos microvoltios, hasta que, con 3 V en la entrada, el A.O. se satura (no puede llegar a -15 V en su salida) y su valor es el correspondiente a un divisor de tensión entre la salida (tensión de saturación a negativo) y la entrada (batería de 3, 4 o 5 V). La entrada inversora del A.O. se comporta como una masa virtual (iguala la tensión de la entrada no inversora) mientras la salida se mantenga dentro de los márgenes (sin saturación) y sea capaz de conseguir esta tensión en la entrada, a través de la realimentación. Ingeniería de Sistemas y Automática Pag 7

8 EJERCICIO 7 Realiza el montaje del circuito no inversor de la figura 4. Figura 4 1. Calcula el valor del Slew Rate para que la salida no se vea distorsionada. La pendiente máxima en la señal de salida (y en la de entrada) se da para α=0º o α=180º Para una señal de entrada de 1 Vrms y A=1/3 tenemos: 2. Edita el operacional y cambia el valor de la frecuencia de ganancia unidad a 10MHz, asimismo cambia el valor del Slew Rate por el valor obtenido anteriormente y comprueba el resultado. Ingeniería de Sistemas y Automática Pag 8

9 3. Prueba a poner una señal de 2MHz y comprueba el resultado. Ingeniería de Sistemas y Automática Pag 9