Electrónica II. Guía 3 1 AMPLIFICADOR INVERSOR Y NO INVERSOR Objetivo general Facultad: Ingeniería. Escuela: Electrónica. Asignatura: Electrónica II. Lugar de ejecución: Fundamentos Generales, aula 3.21 (Edificio 3, 2da planta). Implementar los circuitos amplificadores no inversor e inversor, tomando en cuenta las limitaciones de un componente real en contraposición al modelo ideal. Objetivos específicos Implementar los circuitos no inversor e inversor un dispositivo específico como el ua741 o su equivalente, manipulando el equipo y los materiales de forma segura y aplicando criterios técnicos. Verificar de forma experimental el concepto de tierra virtual, el osciloscopio. Comparar el funcionamiento del circuito al utilizar diferentes valores resistivos, tomando especial interés en la corriente que cada uno demanda al operacional. Prelaboratorio Antes de iniciar la práctica diseñe los siguientes amplificadores utilizando solo los valores resistivos que se detallan en la lista de materiales y/o que se le proporcionen. a) Tres amplificadores no inversores con ganancia aproximada de entre 3.3 a 3.6. Para el primero solo use del orden de los Ohmios, para el segundo de los kilo Ohmios y para el tercero de los mega Ohmios. b) Tres amplificadores inversores con ganancia aproximada de entre -2.3 a -2.6. Con las mismas delimitaciones del ítem anterior. Materiales y equipo 1 Unidad PU-2000 con PU-2200 1 Breadboard 1 Multímetro 1 Osciloscopio digital PicoScope 2204A. 1 Computadora con el software PicoScope 6 1 Cable USB tipo A/B 1 Amplificador operacional ua741 o equivalente 1 Resistor de 200 Ω 1 Resistor de 470 Ω 1 Resistor de 510 Ω 1 Resistor de 8.2 kω
2 Electrónica II. Guía 3 1 Resistor de 22 kω 1 Resistor de 1.3 MΩ 1 Resistor de 3 MΩ 5 Cables de conexión para el PU-2000 2 Puntas de osciloscopio 2 Puntas para multímetro 1 Pinza 1 Cortadora de alambre Alambre de telefonía Procedimiento PARTE I. AMPLIFICADOR NO INVERSOR 1. Implemente uno de los amplificadores no inversores que diseño en la actividad prelaboratorio cuya ganancia esté entre 3.3 y 3.6, del orden de los kilo Ohmios. Las características específicas del circuito son: Tensiones de alimentación del amplificador operacional: +12V y -12V, en sus respectivas entradas, tomándolas de las salidas fijas que están junto a PS-1 y PS-2 Tensión de entrada: -2.0 V, pueden tomarlo de la fuente PS-2. Resistor de carga 510 Ω El circuito debería ser similar al mostrado a continuación: R2 R1 V2 U1 UA741 + + Vin V3 Rload Figura 1. Amplificador No Inversor. 2. Una vez implementado el circuito, tome los siguientes datos experimentales: R1, R2, Vo, I2, Iload e Io, anotándolos en la respectiva fila (kω) de la Tabla 1 y en el caso de las corrientes hacer notar si entran o salen del nodo.
Electrónica II. Guía 3 3 Orden de los R1 R2 Vo I2 Iload Io tensiones medidas) reales) Ω kω MΩ Tabla 1. Datos del amplificador no inversor. 3. Repita el paso anterior para los otros casos (resistencias en ohmios y Mega ohmios). 4. Modifique el circuito para funcionar como en el paso 1 y sustituya la tensión de entrada directa por una onda triangular de 2Vp, 1 khz y 0 V de offset. 5. Observe en el osciloscopio las formas de onda de la entrada y la salida del circuito y dibújelas en la Figura 2, indicando los valores máximos y mínimos de cada una. Recuerde colocar las escalas de voltaje y tiempo del osciloscopio. Canal A: V Canal B: V s/div: Figura 2. Tensión de entrada: onda triangular de 2Vp, 1kHz y 0V offset en amplificador no inversor. 6. Incremente la amplitud de la entrada hasta observar que la salida del amplificador entra en saturación en ambas polaridades.
4 Electrónica II. Guía 3 7. Anote los valores de las tensiones de saturación del amplificador. +Vsat = -Vsat = 8. Reajuste la señal de entrada a 2Vp con 2V de offset y observe los resultados en el osciloscopio. 9. Dibuje en la Figura 3 las formas de onda observadas, indicando los valores máximos y mínimos de cada una. Recuerde colocar las escalas de voltaje y tiempo del osciloscopio. Canal A: V Canal B: V s/div: Figura 3. Tensión de entrada: onda triangular de 2Vp, 1kHz y 2V offset en amplificador no inversor. 10. Cambie el nivel de offset a -2 V y observe como afecta al funcionamiento del circuito. 11. Observe en el canal A del osciloscopio la señal en el terminal no inversor y en el canal B el inversor 12. De un clic en el menú Herramientas del PicoScope 6 y luego en la opción Canales matemáticos, se abrirá la ventana de canales matemáticos ahí seleccione la opción A-B y presione el botón Aceptar. (Ver Figura 4).
Electrónica II. Guía 3 5 Figura 4. Selección del canal matemático para restar una señal de otra. 13. Describa la forma de onda que se generó de la resta de los dos canales : 14. Entre de nuevo a los canales matemáticos y quite el cheque a la opción A-B para dejar de ver esta señal en el osciloscopio. PARTE II. AMPLIFICADOR INVERSOR 15. Implemente uno de los amplificadores inversores que diseño en la actividad prelaboratorio cuya ganancia esté entre -2.3 y 2.6, del orden de los kilo Ohmios. Las características específicas del circuito son: Tensiones de alimentación del amplificador operacional: +12V y -12V, en sus respectivas entradas, tomándolas de las salidas fijas que están junto a PS-1 y PS-2 Tensión de entrada: -2.0 V, pueden tomarlo de la fuente PS-2. Resistor de carga 510 Ω 16. Una vez implementado el circuito, tome los siguientes datos experimentales: R1, R2, Vo, I2, Iload e Io, anotándolos en la respectiva fila (kω) de la Tabla 2 y en el caso de las corrientes hacer notar si entran o salen del nodo. Orden de los R1 R2 Vo I2 Iload Io tensiones medidas) reales) Ω kω
6 Electrónica II. Guía 3 MΩ Tabla 2. Datos del amplificador inversor. 17. Repita el paso anterior para los otros casos (resistencias en ohmios y Mega ohmios). 18. Modifique el circuito para funcionar como en el paso 15 y sustituya la tensión de entrada directa por una onda triangular de 2Vp, 1 khz y 0 V de offset. 19. Observe en el osciloscopio las formas de onda de la entrada y la salida del circuito. Describa lo que observa, y compare con lo observado en el paso 5: 20. Reajuste la señal de entrada a 2Vp con un 2V de offset y observe los resultados en el osciloscopio 21. Dibuje en la Figura 5 las formas de onda observadas, indicando los valores máximos y mínimos de cada una. Recuerde colocar las escalas de voltaje y tiempo del osciloscopio. Canal A: V Canal B: V s/div: Figura 5. Tensión de entrada: onda triangular de 2Vp, 1kHz y 2V offset en amplificador inversor. 22. Observe en el canal A del osciloscopio la señal en el terminal no inversor y en el canal B el inversor 23. Seleccione de nuevo el canal matemático A-B y describa la forma de onda que observa y compárela con la del numeral 13:
Electrónica II. Guía 3 7 24. Apague y desconecte los equipos dejando limpio y ordenado su puesto de trabajo. Análisis de Resultados 1. Calcule el valor de las ganancias de voltaje que se le solicitan en las Tablas 1 y 2. 2. Concuerdan los valores de medidos experimentalmente (Vo/Vin) con los calculados los valores de los? Explique. 3. Qué efecto tiene, sobre el funcionamiento del circuito la selección de los componentes resistivos, si son del orden de los Ohmios, kilo Ohmios o mega Ohmios? 4. Cómo interpreta el sentido de las corrientes en las mediciones que realizó en los dos circuitos? 5. Qué interpretación le da a las formas de onda que observó en los pasos 8 y 20? Investigación Complementaria Simule en HSPICE utilizando el modelo del 741 un amplificador no inversor y uno inversor y comparar con los resultados obtenidos en la práctica. Bibliografía Boylestad, R - Nashelsky, L, Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos, décima edición, PRENTICE HALL, 2009. Floyd, T, Dispositivos Electrónicos, octava edición, PEARSON, 2000. Savant, C - Roden M, y Carpenter G, Diseño Electrónico: Circuitos y Sistemas, tercera edición PRENTICE HALL, 2000.