Introducción teórica
El amplificador operacional es un circuito electrónico con dos entradas y una salida.
Su nombre proviene de que originalmente eran utilizados para realizar operaciones matemáticas en calculadoras analógicas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc).
El amplificador ideal tiene ganancia infinita, impedancia de entrada infinita, ancho de banda infinito, impedancia de salida cero, tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Al ser la impedancia de entrada infinita las corrientes de entrada son cero.
En el amplificador real la ganancia es alta, impedancia de entrada elevada, baja tensión de offset, bajo nivel de ruido.
Amplificador operacional ideal.
Disposición de patas del C.I. LM741 que utilizaremos en el trabajo práctico.
Desarrollo de la práctica
Amplificador Inversor
1) Armado del siguiente circuito:
2) Para medir la tensión de offset se puentea la pata inversora con masa y se desactiva el generador.
Voffset = 2,3 mV
3)
Señal de salida con máxima excursión simétrica.
Avo (teórico) = - R2 / R1 = -120kΩ / 10kΩ = -12
Avo (práctico) = Vo / Vi = 20,8 V / 1,72 V = 12,09
Señal de entrada con Vpp = 1,72 V
Señal de entrada (amarilla) y señal de salida (azul) se verifica
que la fase de la señal de salida desfasa 180º a la señal de entrada.
4)
El funcionamiento no varía.
5)
Señal de salida con 1 kHz
Señal de salida con 10 kHz
Señal de salida con 50 kHz
Señal de salida con 100 kHz
Señal de salida con 1 MHz
Al
aumentar la frecuencia de entrada al amplificador disminuye la tensión
de salida del mismo llegando a un momento en el cual disminuye a casi 0
sin poder controlar la amplificación con las resistencias.
6) Utilizando el método de máxima transferencia de energía, el cual consiste en colocar entre Vi y R1 un preset de 100k o 500k y variarlo hasta que entre R1 y masa haya Vi/2, nuestro cálculo nos dio Ri = 10,59k.
Amplificador No Inversor
1) Armado del siguiente circuito:
2) Para medir la tensión de offset se puentea la pata no inversora con masa y se desactiva el generador.
Voffset = 8,7 mV
Señal de salida con máxima excursión simétrica.
Avo (práctica) = Vo / Vi = 19,6 V / 1,72 V = 11,4
4) El funcionamiento no varía.
5)
Señal de salida con 1 kHz
Señal de salida con 10 kHz
Señal de salida con 50 kHz
Señal de salida con 100 kHz
6) Conectamos el preset en serie y variamos su valor pero no hubo variación de Vpp debido a que estamos midiendo Vi directamente entonces para estos casos se conecta una resistencia en serie para determinar Ri.
Buffer
1) Armado del siguiente circuito:
Verificando su funcionamiento hay una pequeña diferencia con Vi debido al ruido.
2) Voffset = 1,6 mV
3) Ajustamos la señal de salida logrando la máxima excursión simétrica y se comprueba que la fase es la misma a la de entrada.
4) El funcionamiento no varía.
5)
Señal de salida con 1 kHz
Señal de salida con 10 kHz
Señal de salida con 50 kHz
Señal de salida con 100 kHz
Señal de salida con 1 MHz. No funciona porque no depende de la configuración sino del operacional.
Amplificador no inversor diseñado
Vi = 1 Vpp
Avo = 26 dB
f = 0 - 1kHz
Cálculos:
26 dB = 20 log Vo / Vi
10 ^ (26 / 20) = Vo / Vi
20 = Vo / Vi
Vo / Vi = 1 + R2 / R1
Vo / Vi - 1 = R2 / R1
20 - 1 = R2 / R1
19 = R2 / R1
Suponer R2 = 100kΩ
19 = 100kΩ / R1
19 . R1 = 100kΩ
R1 = 100kΩ / 19
R1 = 5,25kΩ
R1 = 5kΩ Valor comercial
11)
Valores
Teóricos
|
Valores
Medidos
|
||
Ganancia
en dB
|
26
dB
|
25,55
dB
|
|
Ganancia
en veces
|
20
|
18,94
|
|
CH1 = Vi; CH2 = Vo
Conclusiones
En este trabajo práctico aprendimos el funcionamiento de los amplificadores operacionales LM741 y TL081. Medimos la tensión de offset conectando la entrada Vi del amplificador a masa y medimos la salida con un tester ya que con el osciloscopio era imposible apreciar la señal. Medimos la impedancia de entrada a través del método de máxima transferencia de energía. Aprendimos que a altas frecuencias el funcionamiento del amplificador no depende de la configuración sino de él mismo.