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  • 1. UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CHILE ELÉCTRICA Pre-informe Laboratorio de Electrónica Laboratorio 04: Procesamiento de señales con Amplificadores Operacionales. Integrantes: Jaime Salazar V. Rodrigo Ulloa G. Profesor: Pablo Aqueveque N. Fecha: 08 de Diciembre de 2011
  • 2. Laboratorio de Electrónica Página 2 Observaciones
  • 3. Laboratorio de Electrónica Página 3 1. Índice Página 1. Índice……………………………………………………………………………………….. 3 2. Introducción……………………………………………………………………………….... 4 3. Listado de materiales y/o equipos…………………………………………………………... 4 4. Descripción de actividades……………………………………………………….………….5  Proposición de circuitos y set-up de instrumentos requeridos para la medición y compensación del voltaje offset de entrada de un Amplificador Operacional real... 5  Implementación un comparador simple sin histéresis basado en un amplificador operacional que verifique las condiciones dadas…………...…………...……..……. 8  Diseñar los siguientes amplificadores operacionales  Amplificador inversor con ganancia de -4………………………………..… 11  Amplificador no inversor con ganancia de 5………………………………. 14  Amplificador diferencial con ganancia de 1……………………………….. 16  Diseño y montaje de filtro activo pasa bajo.……………………..…..................... 19  Diseño y montaje de filtro activo pasabanda ………………….…………………. 25 5. Investigación……………….…………………………………………………….….……… 29 6. Pauta de evaluación………………………………………………………………………… 31
  • 4. Laboratorio de Electrónica Página 4 2. Introducción. En el presente Laboratorio, se desarrolla lo investigado con respecto al diseño, implementación y análisis de señales, utilizando Amplificadores Operacionales. En especial se trabajará con amplificadores tipo inversor, no inversor y diferencial. Y su aplicación en filtros activos. Además, se complementan con los cálculos de los valores óhmicos de potenciómetros y resistencias y, los valores capacitivos de los condensadores a utilizar. Finalmente, se definen cada una de sus características y se detallan paso a paso cada una de sus partes e instrumentos ah utilizar, todo esto complementado con un software de apoyo, Multisim®. 3. Listado de materiales y/o equipos. Tabla 1a. Listado de Equipos utilizados en el presente Laboratorio. Cantidad Símbolo Nombre Tolerancia Función 1 XSC1 Osciloscopio EZ OS-5020/5020C Visualización de las formas de onda. 1 V1, Valim1 Generador de Funciones Generar distintas formas de onda pedidas. 1 V1,V2,V3, Va , Vb Fuente DC variable 10% Fuente de tensión constante. 1 U2 741 Amplificador Operacional LM741 Circuito Electrónico. Tabla 1b. Listado de Instrumentos utilizados en el presente Laboratorio. Cantidad Símbolo Nombre 2 Multímetro Digital Multimeter 37XR Tabla 1c. Listado de materiales utilizados en el presente Laboratorio. Cantidad Símbolo Nombre Tolerancia Material 4 R11,R22,Rled, Ra Resistencia 1 [kΩ] / 0.25 W 5% 1 Rl Resistencia 100 [kΩ] / 0.25 W 1 R1 Resistencia 6 [kΩ] / 0.25 W 2 R4, R6 Resistencia 80 [kΩ] / 0.25 W 5% 1 R3 Resistencia 8 [kΩ] / 0.25 W 5% 4 Rof, Rf, R5, R9 Potenciómetro 10 [kΩ] 10% 2 R2, Rf2, Rf3 Resistencia 4 [kΩ] / 0.25 W 1 R7 Resistencia 20 [kΩ] / 0.25 W 5% 1 R8 Resistencia 1,6 [MΩ] / 0.25 W 5% 1 C2 Condensador 1 [nF] 10% Cerámica 1 C1 Condensador 0,39 [nF] 10% Cerámica
  • 5. Laboratorio de Electrónica Página 5 4. Descripción de actividades.  Proponer los circuitos y el set-up de instrumentos requeridos para la medición y compensación del voltaje offset de entrada (Vio) de un amplificador operacional. Se comienza proponiendo el circuito y set-up para la medición del voltaje offset de entrada, Vio. Para esto, se trabajará en base al circuito amplificador no inversor sencillo. Se debe recalcar que a la salida del amplificador operacional, aparecerá una pequeña tensión independiente de la alimentación. Por lo que, si el voltaje de entrada es nulo, el voltaje de salida no lo será debido a la ganancia de tensión de la configuración propuesta y del ruido electromagnético presente en este tipo de dispositivos. El set-up del circuito a conectar en el presente Laboratorio se presenta en la figura 1. Por otro lado, para la compensación del voltaje offset, se conecta entre los pines 1 y 5 declarados como offset null, un potenciómetro cuyo valor óhmico es elevado en comparación con el de la resistencia conectada a la entrada negativa y cuyo valor óhmico se tendrá que ir variando a medida que varíe la temperatura y punto de operación del amplificador y cuyo ajuste se conecta a la entrada positiva Vcc (Pin 4). Finalmente, el circuito completo se presenta en la figura 2 y las formas de tensión de entrada y salida, visualizadas mediante un osciloscopio análogo (XSC1) se muestra en la figura 3. En la figura 4, se dibujarán las formas de onda obtenidas en el Laboratorio. Para obtener los valores de las respectivas resistencias del circuito de las figuras 1 y 2, se deben tener en cuenta las siguientes ecuaciones propuestas según del tipo de configuración elegida. 𝐴 𝑣 = 1 + 𝑅 𝑓 𝑅 𝑎 (1) 𝑉𝑖𝑜 = 𝐴 𝑣 · 𝑉+ − 𝑉− (2) Figura 1. Medición del voltaje offset de entrada, Vio. U2 741 3 2 4 7 6 51 V1 12 V V2 12 V Ra 1kΩ Rl 100kΩ Rf 10kΩ
  • 6. Laboratorio de Electrónica Página 6 En donde, considerando la ecuación 1, se eligió una ganancia de 10. Por lo que los valores óhmicos se adecuaron para cumplir con aquello. Notar que además se alimentó con un voltaje Vcc de ±12 [V], según el rango extraído en el datasheet y se conectará una resistencia de carga de 100 [kΩ]. Luego: 𝐴 𝑣 = 1 + 10 [𝑘Ω] 1 [𝑘Ω] = 11 Por lo que reemplazando en la ecuación 2, se determina el valor de Vio. Figura 2. Circuito completo para la medición y compensación del voltaje offset de entrada Vio. El procedimiento se continuará conectando una resistencia de 10[kΩ] entre los pines que aseguren el voltaje offset nulo, como se detalló anteriormente. Los valores simulados se presentan en la tabla 2 y, en la tabla 3, se tabularán los datos obtenidos en el Laboratorio. Tabla 2. Valores simulados para la medición y compensación de voltaje offset de entrada, Vio. Parámetro Valor Vio -1.031 [mV] Vout -10.776 [mV] Iout -0.1078 [uA] V+ 12 [V] V- -12 [V] Av 10.5 Se debe hacer notar que el valor típico dado por el fabricante para el voltaje offset de entrada es de 2 [mV]. Además, para las simulaciones este valor es invariante, pero en U2 741 3 2 4 7 6 51 V1 12 V V2 12 V Ra 1kΩ Rl 100kΩ Rof 10kΩ Key=A 100% Rf 10kΩ
  • 7. Laboratorio de Electrónica Página 7 forma práctica se deberá tener la precaución de ir variando el potenciómetro de manera de obtener siempre un valor de offset nulo. Tabla 3. Valores prácticos para la medición y compensación de voltaje offset de entrada, Vio. Parámetro Valor Vio Vout Iout V+ V- Av Figura 3. Señales de voltaje a la entrada y salida, del amplificador, simuladas.
  • 8. Laboratorio de Electrónica Página 8 Figura 4. Señales de voltaje a la entrada y salida, del amplificador, prácticas.  Implementar un comparador simple sin histéresis basado en un amplificador operacional que verifique las siguientes condiciones: Vi < 4 [V] → LED ON y Vi > 4 [V] → LED OFF. Considerar V+ = 10 [V] y V- = 0 [V]. Medir y tabular la tensión DC de salida en cada caso y comentar. En el presente circuito se desea implementar un comparador simple sin histéresis, por lo tanto a partir de la figura 5, se extraen las ecuaciones del diseño. Tomando en consideración las siguientes condiciones. I. Voltaje de referencia. Vref = 4 [V]. II. Voltaje en el pin 4. V- = 0 [V]. III. Voltaje en el pin 7. V+ = 10 [V]. IV. Parámetros del Led. VLed = 1.83 [V]. ILed = 20 [mA]. A continuación, se determinan los valores de las resistencias a conectar. 𝑉𝑟𝑒𝑓 = 𝑉𝑐𝑐 · 𝑅1 𝑅1+𝑅2 (3) 4 𝑉 = 10[𝑉] · 𝑅1 𝑅1+𝑅2
  • 9. Laboratorio de Electrónica Página 9 En donde se eligió una resistencia R1 de 2 [kΩ]. Por lo tanto: 4 𝑉 = 10[𝑉] · 2 [kΩ] 2 [kΩ] + 𝑅2 𝑅2 = 3[kΩ] Se finaliza determinando la resistencia en serie con el diodo Led, tomando en consideración un 40% de su corriente nominal, por razones de seguridad. 𝑅 𝐿𝑒𝑑 = 𝑉𝑐𝑐 −𝑉 𝐿𝑒𝑑 0.4 ·𝐼 𝐿𝑒𝑑 (4) 𝑅 𝐿𝑒𝑑 = 10 𝑉 − 1.83[𝑉] 0.4 ·20 [𝑚𝐴] 𝑅 𝐿𝑒𝑑 ≈ 1.0 [𝑘Ω] Luego, en la figura 5, se presenta el esquema a conectar en forma práctica para posteriormente visualizar los rangos de señal de entrada de voltaje mayor e inferior al de referencia. De la cual se extraen los valores tabulados en la tabla 5. Posteriormente, en la figura 6, se presentan las formas de onda de entrada y salida. Y en la figura 7, las obtenidas en el Laboratorio. Figura 5. Comparador simple sin histéresis basado en amplificador operacional. Luego, se tabulan los datos simulados y los que se obtendrán en forma práctica en el Laboratorio. R1 6kΩ R2 4.00kΩ Rl 100kΩ Vcc 10 V Rof 10kΩ Key=A 100% LED1 Rled 1kΩ U2 741 3 2 4 7 6 51 Valim1 4 Vrms 50 Hz 0°
  • 10. Laboratorio de Electrónica Página 10 Tabla 4. Valores simulados para el comparador simple sin histéresis basado en A.O Parámetro Valor Valim 4.00 [Vrms] Vout 4.62 [Vrms] V+ 10.0 [V] V- 0.00 [V] Tabla 5. Valores prácticos para el comparador simple sin histéresis basado en A.O Parámetro Valor Valim Vout V+ V- Figura 6. Señal de tensión de alimentación y del diodo Led, simuladas.
  • 11. Laboratorio de Electrónica Página 11 Figura 7. Señal de tensión de alimentación y del diodo Led, prácticas.  Considerando V+ = 12 [V] y V- = -12 [V]. Diseñar los siguientes amplificadores lineales y visualizar las formas de onda en cada componente y compruebe el correcto funcionamiento de cada circuito. Mida y tabule las señales de entrada y salida. - Amplificador inversor: Av = -4. Este tipo de configuración tiene la característica de amplificar e invertir la señal de salida, o sea, desfasarla 180° con respecto a la de entrada. Su ganancia está dada por la ecuación 3. Por lo que se reemplaza en ella con un valor de resistencia de entrada Ra de 1 [kΩ], luego. 𝐴 𝑣 = − 𝑅 𝑓 𝑅 𝑎 (3) −4 = − 𝑅 𝑓 1 [kΩ] 𝑅𝑓2 = 4 [kΩ] Luego, se presenta, en la figura 8, el circuito a conectar. Y posteriormente, se tabulan los datos extraídos de la presente configuración en la tabla 6 y en la tabla 7 los datos prácticos.
  • 12. Laboratorio de Electrónica Página 12 Figura 8. Configuración para el Amplificador inversor. Tabla 6. Valores simulados para el Amplificador inversor simple. Parámetro Valor Valim 100.00 [mV] fentrada 1.0 [kHz] V Peak-alim 140.34 [mV] V Peak-carga 567.12 [mV] V+ 12.0 [V] V- -12.00 [V] Av 4.041 Tabla 7. Valores prácticos para el Amplificador inversor simple. Parámetro Valor Valim fentrada V Peak-alim V Peak-carga V+ V- Av U2 741 3 2 4 7 6 51 Rf2 4kΩ V1 12 V V2 12 V Ra 1kΩ V3 100mVrms 1kHz 0° Rl 100kΩ Rof 10kΩ Key=A 100%
  • 13. Laboratorio de Electrónica Página 13 En las figuras 9 y 10, se presentan las señales de entrada y salida del amplificador inversor simple, obtenidas a partir de la simulación y en forma práctica, respectivamente. Figura 9. Señal de tensión de alimentación y de la carga, forma simulada. Figura 10. Señal de tensión de alimentación y de la carga, forma práctica.
  • 14. Laboratorio de Electrónica Página 14 - Amplificador no inversor: Av = +5. Este tipo de configuración solamente tiene la característica de amplificar la señal de salida. Su ganancia está dada por la ecuación 1. Por lo que se reemplaza en ella con un valor de resistencia de entrada Ra de 1 [kΩ], luego. 𝐴 𝑣 = 1 + 𝑅𝑓 𝑅 𝑎 +5 = 1 + 𝑅𝑓 1 [kΩ] 𝑅𝑓2 = 4 [kΩ] Notar que corresponden a las mismas resistencias del circuito anterior. Luego, se presenta, en la figura 11, el circuito a conectar. Y posteriormente, se tabulan los datos extraídos de la presente configuración en la tabla 8 y en la tabla 9 los datos prácticos. En las figuras 12 y 13, se presentan las señales de entrada y salida obtenidas a partir de la simulación y en forma práctica, respectivamente. Figura 11. Configuración para el Amplificador no inversor. U2 741 3 2 4 7 6 51 Rf3 4kΩ V1 12 V V2 12 V Ra 1kΩ V3 100mVrms 1kHz 0° Rl 100kΩ Rof 10kΩ Key=A 100%
  • 15. Laboratorio de Electrónica Página 15 Tabla 8. Valores simulados para el Amplificador no inversor simple. Parámetro Valor Valim 100.00 [mV] fentrada 1.0 [kHz] V Peak-alim 712.143 [mV] V Peak-carga 141.344 [mV] V+ 12.0 [V] V- -12.00 [V] Av 5.038 Tabla 9. Valores prácticos para el Amplificador no inversor simple. Parámetro Valor Valim fEntrada V Peak-alim V Peak-carga V+ V- Av Figura 12. Señal de tensión de alimentación y de la carga, forma simulada. Para configuración no inversora.
  • 16. Laboratorio de Electrónica Página 16 Figura 13. Señal de tensión de alimentación y de la carga, forma práctica. Para configuración no inversora. - Amplificador diferencial: Av = 1. En este tipo de configuración se tienen dos señales entradas. De las cuales, se obtiene una diferencia de ellas en la señal de salida. Luego, se extrae la ecuación 4, a partir de la configuración planteada. Por lo que se solo basta reemplazar en ella los valores de resistencia seleccionados por criterios de diseño. 𝑉𝑜 = 𝑅1+𝑅2 𝑅1 𝑅4 𝑅3+𝑅4 · 𝑉2 − 𝑅2 𝑅1 · 𝑉1 (4) Además, para simplificar los cálculos, se elige. 𝑅2 = 𝑅4 𝑅1 = 𝑅3 Por lo que al reemplazar en la ecuación 4. Se obtiene. 𝑉𝑜 = 𝑅1 + 𝑅2 𝑅1 𝑅2 𝑅1 + 𝑅2 · 𝑉2 − 𝑅2 𝑅1 · 𝑉1 𝑉𝑜 = 𝑅2 𝑅1 · 𝑉2 − 𝑉1 (5)
  • 17. Laboratorio de Electrónica Página 17 Luego, se alimentará con una tensión constante por la entrada inversora de 2 [Vdc] y por la entrada no inversora de 5 [Vdc], al reemplazar en la ecuación 5, se obtiene. 𝑉𝑜 = 𝑅2 𝑅1 · 5 − 𝑅2 𝑅1 · 2 𝑉𝑜 = 𝑅2 𝑅1 · 3 Por lo que, para obtener una ganancia unitaria, se debe añadir que 𝑅1 = 𝑅2. Seleccionando además un valor óhmico para esas resistencias de 1 [kΩ] se obtiene el circuito presentado en la figura 14. Figura 14. Configuración para el Amplificador diferencial. Tabla 10. Valores simulados para el Amplificador diferencial. Parámetro Valor Va 5.000 [Vdc] Vb 2.000 [Vdc] V Carga 3.002 [V] V+ 12.00 [V] V- -12.00 [V] Av 1.0007 U2 741 3 2 4 7 6 51 Vb 2 V Va 5 V R1 1kΩ R3 1kΩ R2 1kΩ R4 1kΩ V1 12 V V2 12 V Rl 100kΩ Rof 10kΩ Key=A 100%
  • 18. Laboratorio de Electrónica Página 18 Tabla 11. Valores prácticos para el Amplificador diferencial. Parámetro Valor Va Vb V Carga V+ V- Av Figura 15. Señal de tensión de alimentación y de la carga, forma simulada. Para configuración diferencial.
  • 19. Laboratorio de Electrónica Página 19 Figura 16. Señal de tensión de alimentación y de la carga, forma práctica. Para configuración diferencial.  Diseñar e implementar un filtro activo pasabajo RC con una ganancia de voltaje DC AV=-10 y una frecuencia de corte de 5 [kHz]. Considere V+ = 12[V] y V- = -12[V]. verifique la ganancia DC. Evaluar la respuesta en frecuencia del circuito para una señal sinusoidal de 500[mV] de entrada. Mida y tabule las distintas señales de entrada y salida. Repida las mediciones para una señal cuadrada. Comente. Para diseñar el filtro activo pasa bajo se debe considerar el circuito de la figura 17. Figura 17. Circuito a implementar para diseño de filtro activo pasabajo.
  • 20. Laboratorio de Electrónica Página 20 La ganancia del circuito de la figura 17 está dada por la ecuación 6. 𝐴 𝑉 = − 𝑅4 𝑅3 (6) Luego, sabiendo que el valor de la ganancia DC es -10, y eligiendo arbitrariamente el valor de R3= 8 [kΩ], se tiene que el valor de R4= 80 [kΩ]. A partir de la función de transferencia (ecuación 7) se deduce que la capacitancia a utilizar en el circuito amplificador se obtiene a partir de la ecuación 8. 𝐻 𝑠 = − 𝑅4 𝑅3 ∗ 1 𝑅4𝐶𝑠+1 (7) 𝐶 = 1 2𝜋𝑅4𝑓𝑐 (8) 𝐶1 = 0.39 𝑛𝐹 Para simular se considera la corrección del offset que mediante un potenciómetro (R5) de 10 [kΩ]. El circuito a implementar se muestra en la figura 18. Figura 18. Circuito simulado en Multisim para amplificador inversor filtro pasabajo. U1 741 3 2 4 7 6 51 R3 8.0kΩ 5% R4 80kΩ 5% V2 12 V V3 12 V R5 10kΩ Key=A 50% XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ C1 390pF 10% XBP1 IN OUT V1 0.5 V
  • 21. Laboratorio de Electrónica Página 21 Las señales obtenidas del osciloscopio del simulador se muestran en la figura 19. A partir de la figura 19 se puede observar que la razón entre los valores de salida y entrada es Av= -9,966, cuyo valor es bastante aceptable para efectos prácticos de simulación. Tabla 12. Comprobación ganancia DC circuito amplificador de la figura 18. Variable Valor simulado Valor experimental Voltaje de entrada [mV] 500 Voltaje de salida [V] -4,983 Av -9,966 Figura 19. Simulación de amplificador inversor para comprobar ganancia DC. Figura 20. Formas de ondas obtenidas experimentalmente para comprobar ganancia DC.
  • 22. Laboratorio de Electrónica Página 22 Al agregar una fuente AC a la entrada, como señal a amplificar se tiene que el circuito a implementar es el mostrado en la figura 21. Figura 21. Circuito implementado para amplificar señal sinusoidal 0,5 [V]/2 [kHz]. Figura 22. Resultado simulación para señal de entrada de 0,5 [V]/2 [kHz]. U1 741 3 2 4 7 6 51 R3 8.0kΩ 5% R4 80kΩ 5% V2 12 V V3 12 V R5 10kΩ Key=A 50% XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ C1 390pF 10% XBP1 IN OUT XFG1
  • 23. Laboratorio de Electrónica Página 23 Figura 23. Formas de onda obtenidas al implementar circuito de figura 21. Tabla 13. Valores obtenidos de la amplificación de una señal sinusoidal de tensión 0,5 [V]/ 2[kHz]. Variable Valor simulado Valor práctico Voltaje de entrada [mV] 500 Voltaje de salida [V] -4,625 Av -9.25 Figura 24. Diagrama de bode del filtro activo pasabajo.
  • 24. Laboratorio de Electrónica Página 24 A partir de la figura 24 se observa que en la frecuencia de corte de 5 [kHz] se tiene una caída de 3,116 dB, un valor aceptable considerando que la caída debió ser de 3 dB. Tabla 14. Frecuencia de corte superior. Variable Valor Simulación Valor real Frecuencia de corte superior 5 [kHz] Finalmente se simula para una señal cuadrada de 500 [mV]/2 [kHz], y los resultados se muestran en la figura 25 . Figura 25. Simulación para señal de entrada cuadrada. Tabla 14. Valores obtenidos de la amplificación de una señal cuadrada de tensión 0,5 [V]/ 2[kHz]. Variable Valor simulado Valor práctico Voltaje de entrada [mV] -500 Voltaje de salida [V] 5,01 Av 10,02 Al simular una señal cuadrada, se observa el efecto de los capacitores que requieren cargarse para poder llegar al valor de tensión máxima en la salida, ello implica que existirá un tiempo de subida y un tiempo de bajada para descargarse respectivamente.
  • 25. Laboratorio de Electrónica Página 25  Diseñar y montar un filtro activo pasabanda angosta de 2 polos sintonizado en 1 [kHz], con una ganancia de voltaje Av = -10 y un factor de calidad Q = 5, para una banda B = 200 [Hz]. Considere V+ = 12 [V] y V- = -12 [V]. Evaluar la respuesta en frecuencia del circuito para una señal sinusoidal de 100 [mV] de entrada. Mida y tabule las distintas señales de entrada y salida. Comente. Para diseñar este circuito, se debe considerar el diagrama de la figura 26. Figura 26. Circuito amplificador filtro pasabanda. Para obtener los valores de los dispositivos a utilizar se consideraron las siguientes ecuaciones: 𝑅6 = 𝑄 𝐺 ∗2𝜋𝑓∗𝐶2 (9) 𝑅7 = 𝑄 2∗𝑄2− 𝐺 ∗2𝜋𝑓∗𝐶2 (10) 𝑅8 = 𝑄 𝜋𝑓∗𝐶2 (11) El ancho de banda de 200 [Hz] está dado por el factor de calidad Q, el cual contempla la frecuencia de sintonización de 1 [kHz], y el ancho de banda. 𝑄 = 𝑓 𝑓𝐻−𝑓𝐿 (12) Escogiendo C2= 1 [nF], se pueden obtener los valores de las resistencias a ocupar en el circuito amplificador, siendo: 𝑅6 = 79,56 𝑘𝛺 ≈ 80 𝑘𝛺
  • 26. Laboratorio de Electrónica Página 26 𝑅7 = 19,88 𝑘𝛺 ≈ 20 𝑘𝛺 𝑅8 = 1591,2 𝑘𝛺 ≈ 1,6 𝑀𝛺 El circuito simulado también contempla la eliminación del osffset que presenta el amplificador operacional, luego, el circuito simulado se muestra en la figura 27. Figura 27. Circuito amplificador pasabanda. Al evaluar el amplificador con una señal de entrada sinusoidal de 100 [mV]/1[kHz], se obtienen las formas de onda desfasadas 180°. La figura 28 muestra los resultados de la simulación del circuito de la figura 27. La señal de salida presenta un offset, que no fue posible eliminar mediante el potenciómetro de 10 [kΩ], pero que en laboratorio debiera poder eliminarse. C1 0.001µF 10% C2 0.001µF 10% R8 1600kΩ 5% R6 80kΩ 5% R7 20kΩ 5% V2 12 V V3 12 V R9 10kΩ Key=A 50% XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ XBP1 IN OUT V1 0.1 Vpk 1kHz 0° U1 741 3 2 4 7 6 51
  • 27. Laboratorio de Electrónica Página 27 Figura 28. Señales de entrada/salida para filtro activo pasabanda, donde la señal de entrada corresponda a una sinusoidal de 100[mV]/1[kHz]. La figura que se obtendrá del osciloscopio se muestra en la figura 29. Figura 29. Señales de entrada/salida para filtro activo pasabanda obtenidas del osciloscopio.
  • 28. Laboratorio de Electrónica Página 28 Tabla 15. Valores obtenidos de filtro activo pasabanda. Variable Valor simulación Valor experimental Vin [mV] 100 Vout [V] -0,985 Av -9,85 Finalmente la respuesta en frecuencia para la amplitud se muestra en la figura 30. Figura 30. Diagrama de bode para filtro pasabanda. A partir de la figura 30 se puede observar que la amplitud máxima no es 20 dB, es 19,888 dB, esto se debe a que las resistencias y los capacitores usados para simular fueron aproximados al valor más cercano que pudiera estar en pañol, pero de todas formas es un valor bastante aceptable.
  • 29. Laboratorio de Electrónica Página 29 5. Investigación 1.- ¿Qué es la relación de rechazo en modo común (CMRR) y el slew rate (SR) en un Amplificador Operacional real?  Razón de rechazo en modo común (CMRR). Un amplificador operacional es un amplificador diferencial, que genera una salida función de las diferencias de las entradas, y no del valor absoluto que tiene cada una de ellas. Los amplificadores operacionales satisfacen esta característica en gran medida pero no exactamente. En este apartado se caracteriza el comportamiento real en este aspecto los amplificadores operacionales, y se evalúa el efecto que tiene en la respuesta. Dado que el comportamiento de los amplificadores operacionales es muy aproximadamente diferencial, conviene formular su característica de transferencia utilizando los conceptos de señal de entrada y ganancia diferencial y de señal de entrada y ganancia en modo común. Bajo esta nomenclatura la ganancia en modo común Ac representa la diferencia de un amplificador diferencial respecto de su comportamiento ideal. Si Ac=0 el amplificador diferencial es ideal.
  • 30. Laboratorio de Electrónica Página 30 La razón de rechazo en modo común (CMRR) es la relación entre la ganancia diferencial y la ganancia en modo común del amplificador diferencial. 𝐶𝑀𝑅𝑅 = 𝐴𝑑 𝐴𝑐 ↔ 𝐶𝑀𝑅𝑅| 𝑑𝐵 = 20 log 𝐴𝑑 𝐴𝑐 (𝑑𝐵) El factor de rechazo en modo común es la característica más relevante para describir en cuanto el comportamiento real de un amplificador diferencial se aproxima al comportamiento ideal. Cuando CMRR=∞ el amplificador es un amplificador diferencial ideal. Los amplificadores operacionales reales suelen tener CMRR del orden de 100 dB (la ganancia diferencial es 10^5 mayor que la ganancia en modo común).  Slew rate (SR) El slew rate de un amplificador se define como el rango máximo de cambio de la tensión de salida para todas las señales de entrada posibles, por lo que limita la velocidad de funcionamiento, es decir la frecuencia máxima a la que puede funcionar el amplificador para un nivel dado de señal de salida. Slew rate se calcula como: 𝑆𝑅: 𝐹 𝑚𝑎𝑥 ∗ 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑉𝑝 = 𝑉 𝑠 Donde: 𝐹(𝑚𝑎𝑥) = 𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑉𝑝 = 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑝𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎 El Slew Rate se expresa típicamente en unidades de V/μs. Para un amplificador operacional 741 la máxima velocidad de respuesta es 0,5 V/μs. , lo que quiere decir que el voltaje de salida cambiará a una razón máxima de 0,5 V en 1µs.
  • 31. Laboratorio de Electrónica Página 31 2.- ¿Qué diferencias hay entre la impedancia de entrada, impedancia de salida y respuesta en frecuencia de un A.O ideal y un A.O como el LM 741? Tabla 16. Comparación valores característicos A.O. ideal con el LM741. Parámetro A.O. ideal A.O. LM741 Zin [MΩ] ∞ 1 Zout [Ω] 0 100 Bw ∞ Limitada por capacitancias parásitas en frec. de corte alta. Av ∞ 10^5 (bajas frec.) 6. Pauta de evaluación. Ítem Máx. Puntaje Presentación 1.0 Investigación 0.5 Listado de materiales y equipos 1.0 Descripción de actividades 1.5 Simulaciones 1.0 Diseño y cálculos 1.0 TOTAL

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