Practice N° 2 Operational amplifier parameters

PRACTICE N° 2

OPERATIONAL AMPLIFIER PARAMETERS

A. Albarracín, 1161832

Jhonatan Ramiro Gutiérrez Gómez – 1161851

Abstract— This report contains the development of practice 2, where the implementation of operational amplifiers is studied through different types of configurations, checking and identifying how feedback affects the Ri, Ro and A parameters.

Index Terms— Amplifier, configurations, feedback, operational.

1. INTRODUCCIÓN

L

os amplificadores operacionales son componentes integrados que son empleados en diferentes circuitos electrónicos para el procesado analógico de señales.

Se utilizan en sistemas o configuraciones para la amplificación, suma, resta, derivación e integración, también se emplean en operaciones no lineales de comparación, rectificación y multiplicación. Generando señales sinusoidales, cuadradas y triangulares. Tradicionalmente un OpAmp está formado por cuatro bloques diferenciados que están conectados en cascada: amplificador diferencial de entrada, etapa amplificadora, adaptador y desplazamiento de nivel y etapa de salida, como se muestra en la Fig.1.

Están presenten en circuitos donde se quiere la magnitud de la tensión, la corriente o la potencia de una señal ya que, elevan la señal sin generar distorsiones muy significativas, provocando que la salida se relacione proporcionalmente con la entrada.

Este tipo de amplificadores se aplican en la vida cotidiana como en señales de audio y video, caracterizándose por su entrada diferencial y alta ganancia. En contraste con los amplificadores no lineales que se utilizan en osciladores, fuentes de alimentación electrónica, moduladores, mezcladores, circuitos lógicos y otras aplicaciones donde se necesita reducir la amplitud

[pic 2]

Fig. 1. Amplificador operacional

1. OBJETIVOS

1. Objetivo General

Identificar el tipo de configuración presente en un circuito amplificador operacional dado.

1. Objetivos Específicos

Identificar el tipo de realimentación presente en un circuito amplificador realimentado dado.

Comprobar de qué manera la realimentación afecta a los parámetros AC típicos del circuito como son (Ri, Ro, A).

1. MARCO TEORICO

1. Amplificadores operacionales

También conocidos como OpAmp, son amplificadores electrónicos activados por corriente continua. Están compuestos por una gran cantidad de transistores internamente, que permiten controlar corrientes y tensiones, para darle sus características eléctricas [8].

Cuentan con dos entradas y una salida, además de alimentación positiva y negativa la cual define el comportamiento del circuito.

Los tipos o configuraciones de amplificador operacional son:

• Amplificador inversor/no inversor.
• Seguidor de voltaje.
• Amplificadores de suma/resta.
• Integradores/diferenciadores.

1. Aplicaciones de los amplificadores operacionales

De acuerdo a las aplicaciones que se presentarán en esta práctica de laboratorio:

1. Amplificador Inversor

Analizando el amplificador en la Fig.2 se obtiene que:

[pic 3]

[pic 4]

Entendiendo que se le llama inversor debido al signo negativo de la expresión de ganancia que, indica un desfase de 180º entre la entrada y salida. Asimismo, se evidencia que la impedancia de entrada de este circuito es R1.

1. Amplificador No-Inversor

Analizando el amplificador en la Fig.3 se obtiene que:

[pic 5]

[pic 6]

La impedancia de entrada es .[pic 7]

[pic 8]

Fig.2 Amplificador Inversor

[pic 9]

Fig.3 Amplificador No-Inversor

1. PROCEDIMIENTO

1. Desarrollo experimental.

Una vez hecho el montaje del circuito con el amplificador operacional TL081 como se observa en la Fig.4, se realiza la medición del voltaje de salida del amplificador para el cálculo del voltaje OFFSET.

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

Para el cálculo de Ro se realiza el montaje del circuito de la Fig.5 para obtener el voltaje de salida sin la resistencia de carga. Obteniendo un voltaje de 1V.

Y al variar la resistencia del potenciómetro hasta obtener la mitad del voltaje de salida inicial:

[pic 13]

 Para calcular la desviación de la corriente de polarización , se realiza el montaje de la Fig.9. Se obtiene un voltaje de salida de 14.2mV y utilizando la ecuación de la corriente  se tiene que:[pic 14][pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

Para calcular la desviación de la corriente de polarización , se realiza el montaje de la Fig.10. Se obtiene un voltaje de salida de 10.7mV y utilizando la ecuación de la corriente  se tiene que:[pic 20][pic 21]

[pic 22]

[pic 23]

[pic 24]

[pic 25]

[pic 26]

[pic 27]

1. Simulación en OrCAD PSpice.

Utilizando los circuitos integrados TL081 y LF353:

TL081

1. Medición del voltaje offset

[pic 28]

Fig.4. Voltaje offset en OrCAD PSpice.

        Para medir el voltaje offset es necesario medir el voltaje de salida cuando las entradas están conectadas a tierra. Hecho esto, se calcula el voltaje mediante la ecuación:

[pic 29]

[pic 30]

[pic 31]

[pic 32]

1. Medición de la resistencia de salida.

[pic 33]

(a) Sin resistencia de carga.

[pic 34]

(b) Con resistencia de carga

Fig.5. Medición de Ro en OrCAD PSpice.

        Conectando el potenciómetro a la salida y variando su resistencia hasta obtener un voltaje igual a la mitad del valor inicial sin carga, se tiene que:

[pic 35]

1. Medición del Slew Rate.

[pic 36]

Fig.6. Medición del Slew Rate en OrCAD PSpice.

Para calcular el slew rate se hallan los parámetros  y . Para medir estos parámetros es necesario conectar una señal cuadrada a la entrada inversora de 1v de amplitud.[pic 37][pic 38]

[pic 39]

Fig.7. Onda de voltaje de entrada y salida.

        En la Fig.7 se observan los voltajes de entrada y salida, siendo estos rojo y verde respectivamente.

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Fig.8. Cursores medición Slew Rate.

Con los datos de la Fig.8 y utilizando la ecuación:

[pic 41]

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[pic 44]

1. Medición de la corriente de desviación.

[pic 45]

Fig.9. Medición de la corriente de desviación Ib-

        Para medir la corriente de desviación Ib- en la Fig.9, se conecta a la entrada no inversora una fuente de voltaje con el valor del voltaje offset, se mide el voltaje de salida y se aplica la ecuación:

[pic 46]

[pic 47]

[pic 48]

[pic 49]

[pic 50]

Fig.10. Medición de la corriente de desviación Ib+

        Para obtener la corriente Ib+ se elimina la resistencia  y se coloca una resistencia de  en la entrada no inversora. Al igual que la corriente anterior, se mide el voltaje de salida y se aplica la ecuación:[pic 51][pic 52]

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