28 Aplicacion de Amplificadores Operacionales · Capítulo 3 Aplicación de amplificadores operacionales para la solución Económica de algunos problemas Mapa curricular de la unidad

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APLICACIÓN DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Electrónica Industrial 1

Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica

Manual Teórico Práctico del

Módulo Autocontenido Optativo:

Aplicación de Amplificadores Operacionales

Profesional Técnico-Bachiller en Electrónica Industrial

Capacitado por:

PT-Bachiller




Educación-Capacitación Basadas en Competencias Contextualizadas

e-cbcc

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PARTICIPANTES

Director General José Efrén Castillo Sarabia

Secretario Académico Marco Antonio Norzagaray

Director de Diseño Curricular de la Formación Ocupacional

Gustavo Flores Fernández

Coordinador de las Áreas de Automotriz, Electrónica y

Telecomunicaciones e Instalación y Mantenimiento

Jaime G. Ayala Arellano

Autores Consultores Formo Internacional, S. C.

Revisor Técnico Alfonso Cruz Serrano

Revisor Pedagógico Virginia Morales Cruz

Revisores de Contextualización Agustín Valerio Armando Guillermo Prieto Becerril

Electricidad y Electrónica. Manual Teórico - Práctico del Módulo Autocontenido Optativo para la Carrera de Profesional Técnico Bachiller en Electrónica Industrial. D.R. a 2005 CONALEP. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, incluida la portada, por cualquier medio sin autorización

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por escrito del CONALEP. Lo contrario representa un acto de piratería intelectual perseguido por la ley Penal. Av. Conalep N° 5, Col. Lázaro Cárdenas, C.P. 52140 Metepec, Estado de México.

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ÍNDICE

Participantes I. Mensaje al alumno II. Como utilizar este manual III. Propósito del curso módulo ocupacionalIV. Normas de competencia laboralV. Especificaciones de evaluaciónVI. Mapa curricular del curso módulo ocupacional Capítulo 1 Identificación de características básicas de los amplificadores operacionales Mapa curricular de la unidad de aprendizaje 1.1.1 Circuitos electrónicos industriales

• Sistemas analógicos vs. sistemas digitales. • Desarrollo de los amplificadores. operacionales. • Desarrollo de la electrónica. industrial con la aplicación de

amplificadores operacionales.

• Funciones básicas del amplificador operacional. 1.1.2 Amplificadores Operacionales

• Inversor. • No inversor. • Seguidor unitario. • Sumador. • Diferenciador. • Integrador. • Logarítmico. • Electromagnetismo

1.2.1 El encapsulado. • Elementos semiconductores.• Técnicas de encapsulado. • Tipos de encapsulado.

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1.2.2 Identificación técnica de amplificadores operacionales. • Identificación gráfica y terminales. • Código de identificación. • Información para la identificación de amplificadores operacionales. • Código de especificación militar

Prácticas y Listas de cotejo Resumen Capítulo 2 Aplicación del amplificador operacional en los procesos del acondicionamiento de señales.

Mapa curricular de la unidad de aprendizaje2.1.1 Identificar aplicaciones en los procesos del acondicionamiento de señales que es muy común utilizar amplificadores operacionales

• En la instrumentación. • Como convertidor. • En el filtrado.

2.1.2 Manejar circuitos comparadores construidos con amplificadores operacionales

• Características básicas de los comparadores• Detector de cruce por cero • Detector de nivel de voltaje • El C. I. Comparador de precisión 111/311 • El detector de ventana

2.2.1 Obtener el nivel adecuado de una señal medida y su manipulación • Obtener el nivel adecuado de una señal medida. • Manipulación de una señal.

2.2.2 Construir circuitos para medir variables eléctricas, empleando amplificadores operacionales.

• Voltímetro de CD de alta resistencia. • Convertidores de voltaje a corriente.

2.2.3 Medir variables de intensidad luminosa empleando circuitos con

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amplificadores operacionales. • Probador de LED’s • Medición de la corriente de Fotodetectores. • Medición de energía en celdas solares. • Convertidores de temperatura a voltaje.

2.3.1 Filtros activos • Pasabajas

• Pasaaltas 2.3.2 Convertidor de señal

• Convertidor de señal digital a analógica.• Convertidor de señal digital a analógica.

Prácticas y Listas de cotejo Resumen Capítulo 3 Aplicación de amplificadores operacionales para la solución Económica de algunos problemas

Mapa curricular de la unidad de aprendizaje 3.1.1 Bloques funcionales con amplificadores operacionales de Voltaje-

Voltaje.

• Convertidor corriente voltaje.• Generador Senoidal. • Fuente de corriente.

3.1.2 Bloques funcionales con amplificadores operacionales de Corriente-Corriente.

• Disparador Schmitt. • Convertidor frecuencia-voltaje. • Circuito monoestable. • Oscilador controlado por voltaje. •

3.2.1 El multivibrador Astable y Monoestable• El multivibrador Astable • El multivibrador Monoestable. •

3.2.2 Generadores de onda triangular y de diente de sierra

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• Generadores de onda triangular • Generador de onda diente de sierra.

Prácticas y Listas de cotejo Resumen Autoevaluación de conocimientos Respuestas a la autoevaluación Glosario de términos Referencias documentales Anexos

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I. MENSAJE AL ALUMNO

¡CONALEP TE DA LA BIENVENIDA AL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO DE “APLICACIÓN DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES”!

Este módulo ha sido diseñado bajo la Modalidad Educativa Basada en Normas de Competencia, con el fin de ofrecerte una alternativa efectiva para el desarrollo de habilidades que contribuyan a elevar tu potencial productivo, a la vez que satisfagan las demandas actuales del sector laboral.

Esta modalidad requiere tu participación e involucramiento activo en ejercicios y prácticas con simuladores, vivencias y casos reales para propiciar un aprendizaje a través de experiencias. Durante este proceso deberás mostrar evidencias que permitirán evaluar tu aprendizaje y el desarrollo de la competencia laboral requerida.

El conocimiento y la experiencia adquirida se verán reflejados a corto plazo en el mejoramiento de tu desempeño de trabajo, lo cual te permitirá llegar tan lejos como quieras en el ámbito profesional y laboral.

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II. COMO UTILIZAR ESTE MANUAL

Las instrucciones generales que a continuación se te pide que realices, tienen la intención de conducirte a que vincules las competencias requeridas por el mundo de trabajo con tu formación de profesional técnico.

Redacta cuales serían tus objetivos personales al estudiar este módulo autocontenido optativo.

Analiza el Propósito del módulo autocontenido optativo que se indica al principio del manual y contesta la pregunta ¿Me queda claro hacia dónde me dirijo y qué es lo que voy a aprender a hacer al estudiar el contenido del manual? si no lo tienes claro pídele al PSP que te lo explique.

Revisa el apartado especificaciones de evaluación son parte de los requisitos que debes cumplir para aprobar el módulo. En él se indican las evidencias que debes mostrar durante el estudio del curso -módulo Autocontenido optativo para considerar que has alcanzado los

resultados de aprendizaje de cada unidad.

Es fundamental que antes de empezar a abordar los contenidos del manual tengas muy claros los conceptos que a continuación se mencionan: competencia laboral, unidad de competencia (básica, genéricas específicas), elementos de competencia, criterio de desempeño, campo de aplicación, evidencias de desempeño, evidencias de conocimiento, evidencias por producto, norma técnica de institución educativa, formación ocupacional, módulo ocupacional, unidad de aprendizaje, y resultado de aprendizaje. Si desconoces el significado de los componentes de la norma, te recomendamos que consultes el apartado glosario de términos, que encontrarás al final del manual.

Analiza el apartado «Normas Técnicas de competencia laboral, Norma técnica de institución educativa».

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Revisa el Mapa curricular del módulo autocontenido optativo. Está diseñado para mostrarte esquemáticamente las unidades y los resultados de aprendizaje que te permitirán llegar a desarrollar paulatinamente las competencias laborales que requiere la ocupación para la cual te estás formando.

Realiza la lectura del contenido de cada capítulo y las actividades de aprendizaje que se te recomiendan. Recuerda que en la educación basada en normas de competencia laborales

la responsabilidad del aprendizaje es tuya, ya que eres el que desarrolla y orienta sus conocimientos y habilidades hacia el logro de algunas competencias en particular.

En el desarrollo del contenido de cada capítulo, encontrarás ayudas visuales como las siguientes, haz lo que ellas te sugieren efectuar. Si no haces no aprendes, no desarrollas habilidades, y te será difícil realizar los ejercicios de evidencias de conocimientos y los de desempeño.

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Imágenes de Referencia

Estudio individual

Investigación documental

Consulta con el PSP Redacción de trabajo

Comparación de resultados con otros compañeros

Repetición del ejercicio

Trabajo en equipo Sugerencias o notas

Realización del ejercicio Resumen

Observación Consideraciones sobre seguridad e higiene

Investigación de campo Portafolios de evidencias

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III. PROPÓSITO DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO OPTATIVO

Al finalizar el módulo, el alumno manejará circuitos con amplificadores operacionales en sus diversas aplicaciones, de acuerdo a las especificaciones técnicas de sus componentes, para implementarlos en la solución de diversos problemas, cumpliendo además con las especificaciones de calidad.

.Al mismo tiempo, estas competencias laborales y profesionales se complementarán con la incorporación de competencias básicas y competencias clave, que le permitan al alumno comprender los procesos productivos en los que está involucrado para enriquecerlos, transformarlos, resolver problemas, ejercer la toma de decisiones y desempeñarse en diferentes ambientes laborales, con una actitud creadora, crítica, responsable y propositiva; así como, lograr un desarrollo pleno de su potencial en los ámbitos personal y profesional y convivir de manera armónica con el medio ambiente y la sociedad.

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IV. NORMAS DE COMPETENCIA LABORAL

Para que analices la relación que guardan las partes o componentes de la NTCL o NIE con el contenido del programa del módulo autocontenido optativo de la carrera que cursas, te recomendamos consultarla a través de las siguientes opciones:

• Acércate con el PSP para que te permita revisar su programa de estudio del módulo autocontenido optativo de la carrera que cursas,

para que consultes el apartado de la norma requerida.

• Visita la página WEB del CONOCER en www.conocer.org.mx en caso de que el programa de estudio del módulo autocontenido optativo, esté diseñado con una NTCL.

• Consulta la página de Intranet del CONALEP http://intranet/ en caso de que el programa de estudio del módulo autocontenido optativo esté diseñado con una NIE.

V. ESPECIFICACIONES DE EVALUACIÓN

Durante el desarrollo de las prácticas de ejercicio también se estará evaluando el desempeño. El PSP mediante la observación directa y con auxilio de una lista de cotejo confrontará el cumplimiento de los requisitos en la ejecución de las actividades y el tiempo real en que se realizó. En éstas quedarán registradas las evidencias de desempeño.

Las autoevaluaciones de conocimientos correspondientes a cada capítulo además de ser un medio para reafirmar los conocimientos sobre los contenidos tratados, son también una forma de evaluar y recopilar evidencias de conocimiento.

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Al término del módulo deberás presentar un Portafolios de Evidencias1, el cual estará integrado por las listas de cotejo correspondientes a las prácticas de ejercicio, las autoevaluaciones de conocimientos que se encuentran al final de cada capítulo del manual y muestras de los trabajos realizados durante el desarrollo del módulo, con esto se facilitará la evaluación del aprendizaje para determinar que se ha obtenido la competencia laboral.

Deberás asentar datos básicos, tales como: nombre del alumno, fecha de evaluación, nombre y firma del evaluador y plan de evaluación.

1 1El portafolios de evidencias es una compilación de documentos que le permiten al evaluador, valorar los conocimientos, las habilidades y las destrezas con que cuenta el alumno, y a éste le permite organizar la documentación que integra los registros y productos de sus competencias previas y otros materiales que demuestran su dominio en una función específica (CONALEP. Metodología para el diseño e instrumentación de la educación y capacitación basada en competencias, Pág. 180).

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VI. MAPA CURRICULAR DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO OPTATIVO

1.1 Determinar la necesidad del manejo de amplificadores operacionales en circuitos analógicos.

7 hrs.

1.2 Identificar las características físicas y de funcionamiento de los amplificadores operacionales.

6 hrs.

1.3 Calcular los parámetros de operación del amplificador operacional.

7 hrs.

2.1 Manejar las características de operación de los circuitos amplificadores inversores.

10 hrs.

2.2 Manejar las características de operación de los circuitos amplificadores no inversores

16 hrs.

2.3 Manejar circuitos comparadores construidos con amplificadores operacionales.

16 hrs.

3.1 Construir circuitos para medir variables eléctricas, empleando

amplificadores operacionales. 10 hrs.


108 hrs.

1. Identificación de características básicas de los Amplificadore

20 hrs

3. Aplicación de amplificadores operacionales para la solución económica de algunos

46 hrs

2. Manejo de circuitos comparadores generales, empleando amplificadores

42 hrs

Módulo

Unidades de

d

Resultados de Aprendizaje

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3.2 Medir variables de intensidad luminosa empleando circuitos con amplificadores operacionales.

18 hrs.

3.3 Implementar circuitos generadores de señal basados en amplificadores operacionales.

18 hrs.

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1IDENTIFICACIÓN DE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS AMPLIFICADORES

OPERACIONALES. Al finalizar el capítulo, el alumno identificará características básicas de los amplificadores operacionales, considerando las especificaciones técnicas del fabricante, para su aplicación en circuitos electrónicos industriales.

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MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE


7 hrs.


6 hrs.


7 hrs.


10 hrs.


16 hrs.


16 hrs.





108 hrs.


20 hrs


46 hrs


42 hrs

Módulo

Unidades de

d

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18 hrs.


18 hrs.

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IDENTIFICACIÓN DE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES.

SUMARIO • CIRCUITOS ELECTRÓNICOS

INDUSTRIALES • AMPLIFICADORES

OPERACIONALES • EL ENCAPSULADO • IDENTIFICACIÓN TÉCNICA DE

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

RESULTADO DE APRENDIZAJE Determinar la necesidad del manejo de amplificadores operacionales en circuitos electrónicos de aplicación industrial

1.1.1. CIRCUITOS ELECTRÓNICOS INDUSTRIALES

• Sistemas analógicos vs. sistemas digitales

Los sistemas analógicos se refieren a la combinación de dispositivos (eléctricos, mecánicos, fotoeléctricos, etc) ensamblados a fin de desempeñar ciertas funciones en las cuales las

cantidades se representan en forma analógica; mientras los sistemas digitales son una combinación de dispositivos en donde las cantidades físicas son principalmente digitales en naturaleza. Muchos sistemas prácticos son híbridos: en ellos hay cantidades analógicas y digitales y se efectúa una conversión entre los dos tipos de representación

Algunos ejemplos de sistemas analógicos son los sistemas de radiodifusión y grabación de audio, así como las grabadoras analógicas. En estos sistemas las cantidades cambian gradualmente respecto a un intervalo continuo de valores. Algunos de los sistemas digitales más comunes son los voltímetros digitales, las computadoras y las calculadoras digitales. En estos sistemas las cantidades eléctricas y mecánicas varían solamente en etapas discretas.

En términos generales, los sistemas digitales ofrecen las ventajas de

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programabilidad, mayor velocidad y exactitud así como la capacidad de la memoria. Además los sistemas digitales son menos susceptibles que los sistemas analógicos a fluctuaciones en las características de los componentes del sistema.

En el mundo real, la mayoría de las cantidades son analógicas en naturaleza y son estas cantidades las cuales a menudo se miden y se monitorean o se controlan. Esa es una de las ventajas de los sistemas analógicos respecto a los sistemas digitales

Es por eso, si se desea aprovechar ventajas de ambos sistemas, es obvio que deban existir sistemas híbridos. El principal entre estos son los sistemas de control de procesos industriales en los cuales se miden y controlan cantidades analógicas como la temperatura, presión, nivel de un líquido o rapidez de flujo. En la figura se muestra el diagrama de bloque simbólico de sistema de este tipo. Como se puede observar, la cantidad analógica se mide y el valor medido se convierte luego en una cantidad digital. Esta se manipulada en el procesador

central, que es completamente digital cuya salida se convierte en una cantidad analógica, la cual alimenta a un controlador, en donde se realiza algún tipo de acción sobre el proceso para ajustar el valor la cantidad analógica original que se midió.

• Desarrollo de los amplificadores operacionales

Estos amplificadores son básicamente de corriente directa con dos entradas diferenciales y una salida que tiene ganancia muy alta en circuito abierto (condición de retroalimentación sin señal) así como elevada impedancia de entrada y baja impedancia de salida. El amplificador operacional ideal responde sólo a la diferencia de voltaje entre las dos terminales de entrada. Estos están diseñados para emplearse con redes externas de retroalimentación. Esto es, una parte de la señal de salida del amplificador operacional se retroalimenta o se regresa a su entrada a través de varias

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trayectorias, dependiendo de la función específica.

En la figura se muestra el símbolo de un amplificador ideal básico. Las entradas se marcan con los signos positivos (+) y negativo (-) para indicar entrada no inversora e inversora, respectivamente. Una señal aplicada a la entrada positiva aparecerá con la misma polaridad y amplificada en la salida, en tanto que una señal aplicada a la terminal negativa aparecerá amplificada pero invertida a la salida

• Desarrollo de la electrónica industrial con la aplicación de amplificadores operacionales

La utilización de amplificadores operacionales en la electrónica industrial ha sido aprovechando las características de operación y funcionamiento de estos, que dependen casi por completo de unos pocos componentes externos

conectados a sus terminales. Es decir, la ganancia de voltaje, impedancia de entrada, impedancia de salida y ancho de banda depende casi exclusivamente de la estabilidad de las resistencias y condensadores externos.

• Funciones básicas del amplificador operacional

El amplificador operacional tiene muchas características importantes para los diseñadores, pero el modelo ideal del amplificador operacional tiene sólo dos propiedades: las corrientes en ambas terminales de entrada son cero y que el voltaje entre las terminales de entrada es cero.

Según la configuración de los elementos externos del amplificador operacional se puede funciones como: Adición, Substracción, Multiplicación, División, Diferenciación, Integración.

PARA CONTEXTUALIZAR CON:

Trabajo en equipo

Competencia analítica

Entrada inversora

Entrada no inversora

Salida

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Formarán equipos de trabajo para analizar el manejo de amplificadores operacionales en circuitos electrónicos de aplicación industrial.

1.1.2. AMPLIFICADORES OPERACIONALES

• Inversor

Un amplificador operacional inversor es un amplificador en el cual la polaridad de salida (o fase) es opuesta a la polaridad de entrada (o fase). Es decir, si la entrada es una señal de corriente directa, la salida es una señal de corriente directa amplificada pero de polaridad contraria. Si la entrada es una señal de corriente alterna, la salida es una señal de corriente alterna amplificada, desfasada 180º con respecto a la señal de entrada

La configuración inversora es como se muestra en la figura

El circuito opera como cambiador de escala o un amplificador de ganancia constante. A través de un resistor R1 se aplica una señal V1 en la terminal de entrada negativa. El voltaje de salida se retroalimenta a través del resistor Rf en la terminal de entrada. La terminal de entrada positiva se conecta a tierra. El voltaje de salida es

11

VRR

V fo −=

Esta ecuación muestra que la relación de salida total al voltaje de entrada sólo depende de los valores de los resistores R1 y Rf es decir, el factor de amplificación la da la relación de estos resistores.

Si se eligen los valores precisos de los valores de los resistores, se pude obtener un amplio intervalo de ganancias.

• No inversor

V1 VOR1

Rf

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Como su nombre lo indica, el voltaje de salida de un amplificador operacional no inversor tiene la misma polaridad del voltaje de entrada

La configuación básica para este tipo de aplicación es la siguiente

El amplificador operacional en configuración no inversor trabaja como multiplicador de ganancia constante. El voltaje de salida tiene la relación

11

1 VRR

V fo ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

El factor de amplificación está dado por el término que está entre paréntesis de lado derecho de la ecuación, por lo que se tiene un amplio margen de ganancias escogiendo los valores de los resistores R1 y Rf .

• Seguidor unitario

La configuración para este tipo de aplicación es debido a que el voltaje de salida es igual en signo y magnitud al voltaje de entrada. La función de este circuito es aislar la salida de entrada del dispositivo. En consecuencia, la impedancia de entrada puede ser muy alta y la impedancia de salida muy baja

El circuito equivalente del seguidor unitario es

El voltaje de entrada es igual al voltaje de salida en polaridad y magnitud, es decir

1VVo =

• Sumador

Un amplificador operacional puede conectarse para que efectúe la operación matemática de suma. Es decir, puede sumar dos o más voltajes de corriente directa o corriente alterna. Cuando está conectado para efectuar

V

VR

Rf

V

V

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esta función, el circuito se denomina un circuito sumador o un sumador.

Es probable que el más útil de los amplificadores operacionales utilizados en computadoras analógicas sea esta configuración, la cual se muestra en la figura con tres entradas

Esta configuración brinda un medio para sumar (añadir) algebraicamente voltajes de tres entradas, cada uno multiplicado por un factor de ganancia constante.

El voltaje de salida se puede expresar en términos de las tres entradas como

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−= 3

32

21

1

VRR

VRR

VRR

V fffo

En otras palabras, cada entrada añade un voltaje de salida conforme se obtiene de un circuito de ganancia constante inversor. Si se emplean más

entradas, ellas añaden componentes adicionales a la salida.

• Diferenciador

Un amplificador operacional también puede realizar operaciones matemáticas más avanzadas como lo es la diferenciación. Una configuración de un amplificador operacional que se le denomina diferenciador es un circuito cuya salida es proporcional a que tan rápidamente está

El circuito para este tipo de aplicación es la siguiente

La relación resultante para el circuito es

( ) )(1 tvdtdRCtvo −=

• Integrador

Una configuración de un amplificador operacional que se le denomina integrador, es un circuito cuya salida

V1 VO

Rf R1

R2

R3

C

R

v1(t)vo(t)

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es proporcional al tiempo que ha estado presente la entrada

El circuito es

La expresión de los voltajes de entrada y salida es

( ) ∫−= dttvRCtvo )(1

• Logarítmico

Una configuración de un amplificador operacional que se le denomina logarítmico es un circuito en cuya salida se obtiene un voltaje proporcional al logaritmo del voltaje de entrada

La salida de algunos sensores no es lineal. Por ejemplo, la salida de un termopar no es una función perfectamente lineal de la diferencia de temperatura entre sus uniones. Entonces es necesario utilizar un acondicionador de señal para linealizar la salida de estos sensores. Para ello se

utiliza un circuito de amplificador operacional diseñado para que la relación entre su entrada y su salida no sea lineal, de manera que cuando su entrada sea no lineal, la salida sea lineal. Con este fin se utilizan las componentes adecuadas en la malla de retroalimentación

El amplificador logarítmico es un ejemplo de este acondicionador de señal. En la malla de retroalimentación hay un diodo, cuyas características son no lineales. Su comportamiento podría representarse como ICV ln= donde C es una constante. Puesto que la corriente de la malla de retroalimentación es idéntica a la corriente de la resistencia de entrada y diferencia de potencial en el diodo es

oV− tenemos que

ii

o VKRV

CV lnln =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

C

RV1(t

Vo(t

C

RVi(

V (

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Donde K es una constante. Ahora bien si la entrada iV la proporciona un

sensor con entrada t, en la que at

i AeV = , siendo A y a constantes,

entonces:

( ) KatAKAeKVKV atio +=== lnlnln

La relación es una relación lineal entre oV y t


Trabajo documental

Competencia tecnológica

Identificará las características básicas de una señal de de instrumentación

RESULTADOS DE APRENDIZAJE

1.2 Identificar las características físicas y de funcionamiento de los amplificadores operacionales de acuerdo a su tipo y a las especificaciones técnicas del fabricante.

1.2.1. EL ENCAPSULADO

• Elementos semiconductores

Los amplificadores operacionales en la actualidad son fabricados en forma de circuito integrado. Para obtener el amplificador, se utilizan dentro del circuito integrado un arreglo conformado por transistores y resistencias

La construcción de los circuitos integrados (CI) requiere la utilización de componentes de menor tamaño para formar los muchos cientos de componentes (principalmente transistores) necesarios para construir de uno a cuatro amplificadores operacionales en un solo chip de CI. Estos circuitos pueden construirse empleando únicamente transistores bipolares (BJT). Así como bipolar y JFET (BiFET). En la actualidad, los amplificadores operacionales BiFET son los m,ás populares, con una resistencia elevada, proporcionada por el transistor de entrada JFET, elevada ganancia empleando circuitos de amplificador diferencial bipolar, así como baja resistencia de salida

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utilizando un etapa de salida de seguidor emisor

En un amplificador operacional BiFET, el dispositivo JFET se emplea en la parte de la entrada del circuito para obtener una elevada resistencia de entrada.

• Técnicas de encapsulado

Las técnicas para la elaboración de los circuitos integrados que contienen a los amplificadores operacionales son:

- Encapsulado de doble línea (DIP)

- Tecnología de montaje de superficie SMT

• Tipos de encapsulados

El costo final del circuito integrado depende en que medida del costo del encapsulado en el cual se encapsula. Además del costo, el encapsulado también afecta fuertemente a dos parámetros importantes. La primera es la disipación de energía máxima permisible en el circuito, y la segunda es la confiabilidad del circuito. Los tipos de encapsulado son:

- Encapsulado metálico

- Encapsulado plástico

- Encapsulado cerámico


Observación

Competencia lógica

Identificará las variables eléctricas que intervienen en el encapsulado y su comportamiento

1.2.1. IDENTIFICACIÓN TÉCNICA DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES

• Identificación gráfica

El amplificador operacional más popular es el 741 y esta estriba en el

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hecho de que está compensado en forma interna y que se trata de un circuito relativamente simple, que puede entrar en un dado. Tiene una ganancia de voltaje grande y buenos rangos de voltajes de entrada en modo común modo diferencial.

Para brindar alguna indicación sobre los casos en los que los amplificadores operacionales pueden ser útiles, aparte de los circuitos de computadoras analógicas (que es un área de aplicación muy alta de los amplificadores operacionales) Se pude considerar en:

- Milivólmetros de CD

- Fuentes de corriente constante

- Excitadores de indicadores

- Milivólmetro de CA

- Filtros activos

• Código de identificación

Para la utilización de algún amplificador operacional en ciertas aplicaciones es necesario considerar algunas características de estos. Para ello es necesario tener en cuenta el

tipo de amplificador, el fabricante, la calidad de este así como su encapsulado. Además es necesario considerar algunas especificaciones dadas por el fabricante como lo es

- Resistencia de entrada

- Ganancia de voltaje de voltaje de señal grande

- Relación de rechazo modo común (CMRR)

- Producto ganancia-ancho de banda

Relación de cambio

Cada tipo de amplificador operacional tiene un código de identificación de letra y número. Este código responde a las cuatros preguntas siguientes:

1. ¿De que tipo de amplificador se trata? (ejemplo: 741)

2. ¿Quién lo fabrica? (Ejemplo: Analog Device)

3. ¿Qué calidad tiene? (Ejemplo: el intervalo garantizado de temperatura de operación)

4. ¿Qué clase de encapsulado contiene al microcircuito del amplificador

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operacional? (Ejemplo: DIP de plásico)

• Información para la identificación de amplificadores operacionales

No todos los fabricantes utilizan el mismo código de identificación que contiene cuatro partes escritas en el siguiente orden:

1. Prefijo de letras. El código de prefijo de letras consiste de dos o tres letras mediante las que se identifica al fabricante. En los siguientes ejemplos se ofrecen algunos de los códigos:

Prefijo literal Fabricante

AD/OP Analog Devices

CA/HA Harris

LM Nacional Semiconductor

LT Linear Technology

MAX Maxim

MC Motorota

OPA Burr-Brown

TL Texas Instruments

UA(A) Fairchild

2. Número de circuito. El número de circuito consta de tres a siete números y letras que identifican el tipo de amplificador operacional y su intervalo de temperatura. Por ejemplo:

Los tres códigos del intervalo de temperatura son:

1. C: comercial, de 0 a 70 ºC

2. I: Industrial de -25 a 85ºC

3. M: militar, de -55 a 125ºC

3. Sufijo de letras. El sufijo de una y dos letras identifica el tipo de de encapsulado que contiene al

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microcircuito del amplificador operacional. Es necesario conocer el tipo de encapsulado para conocer las conexiones correspondientes de las terminales de la hoja de especificaciones. A continuación se muestran los tres códigos de sufijos más comunes de los encapsulados:

Código de encapsulado

Descripción

D De plástico, doble en línea para montaje en la superficie de una tarjeta de circuito impreso

J De cerámica, doble en línea

N, P De plástico, doble en línea para montarse en una base. (Las terminales salen de la

superficie superior [cara de componentes] de una tarjeta de circuito impreso y sueldan en la superficie inferior[cara de soldadura]

4. Código de especificación militar. Sólo se emplea cuando la parte se utiliza en aplicaciones de alta confiabilidad.

Ejemplo de especificación de un número para pedido

Un amplificador operacional 741 de propósito general se identifica de la siguiente manera:

Portafolio de Evidencias

Recopilará todos sus notas,

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resúmenes y resultados de trabajo en equipo e individuales de la unidad para conformar parte del portafolio de evidencias

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PRÁCTICAS DE EJERCICIOS Y LISTAS DE COTEJO

Unidad de aprendizaje 1 Práctica número 1 Nombre de la práctica Características de funcionamiento de un amplificador para la

instrumentación típico.

Propósito de la práctica Al finalizar la práctica, el alumno conocerá las conexiones y algunos detalles de las especificaciones de un amplificador de instrumentación.

Escenario Labaratorio Duración 4 h.

Materiales Maquinaria y equipo Herramienta

• 3 Circuito integrado 741C Op-Amp de propósito general.

• 2 Resistencias de 10 K Ω -0.5 W.

• 1 Resistencia de 100 K Ω -0.5 W.

• 2 Resistencias de 50 K Ω -0.5W.

• 2 Resistencias 200 K Ω -0.5 W. • Alambre calibre 22. • Manual de datos técnicos.

• 1 protoboard. • 1 fuente de alimentación

simétrica -15+15 V / 1.5 A. • 1 fuente de alimentación

simétrica de 5 V fijos. • 1 generadores de funciones. • 1 osciloscopio de 2 canales.

• 1 pinzas de punta. • 1 pinzas de corte. • 1 pinza pelacable

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Procedimiento

Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. De espacio:

• Identificar los señalamientos y medidas de seguridad establecidos en el taller. • El taller deberá estar limpio antes de iniciar la práctica. • En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente

verificada. • No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente. • Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún

motivo existirán cables o conductores expuestos. • Los materiales y equipos antes de su uso, deberán estar guardados en casilleros, o su

equivalente. • No se permitirá el acceso al taller a personas ajenas a la práctica.

Personales: • Lavarse las manos perfectamente. • Evitar el uso de relojes, hebillas, botones protuberantes, corbatas, ropa holgada • Evitar traer suelto el cabello largo. • Utilizar la ropa y equipo de trabajo (Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad). Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Casco. • Gogles o lentes. • Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor. • Protección auditiva. • Mascara antigases.

Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica.

• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello (separando los materiales orgánicos e inorgánicos).

• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.

Aplicar estrategias de construcción del aprendizaje.

Se sugiere que con la guía del PSP, el alumno más adelantado o experimentado: • Explique el procedimiento que se va a ejecutar, reafirmando el tipo de tareas que se

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Procedimiento aprenderán.

El PSP realizará de manera adicional a la conducción y supervisión de las actividades de la práctica:

• La aportación de comentarios referentes a los resultados que se vayan obteniendo en cada actividad desarrollada.

• La corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta ejecución.

Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos

importantes que deben cuidar, los errores más frecuentes que se suelen cometer, las recomendaciones del fabricante, etc.

• Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos.

• Explicando el procedimiento a sus compañeros y tratando de ayudarse mutuamente en la comprensión de los conocimientos implícitos.

• Ejecutando el procedimiento, tantas veces como sean necesarias, hasta hacerlo con precisión. • Pasando en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.

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Lista de cotejo de la práctica número 1: Características de funcionamiento de un amplificador para la instrumentación típico.

Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser

verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo.

De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño.

Desarrollo Si No No

aplica Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.

• Limpiar el área de trabajo.

• Evitar la manipulación de líquidos y alimentos cerca de los documentos de trabajo.

1. Preparó el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales en las mesas de trabajo.

2. Armó en el protoboard del arreglo de la Figura 1.

3. Verificó los pines correspondientes a cada elemento del op-amp, de acuerdo con el manual de datos técnicos.

4. Conectó el operacional con un voltaje simétrico de +10V, -10V, asegurándose que la fuente esté aún apagada.

5. Encendió la fuente de alimentación.

6. Repitió las mediciones variando el valor de las resistencias.

7. Tabuló los resultados.

8. Comprobó los resultados teóricos a partir de las mediciones realizadas.

9. Calculó la ganancia de voltaje total con ecuación 1+2 R2/R1=

10. Realizó la desconexión de los equipos e instrumentos empleados,

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Desarrollo Si No No aplica

de manera apropiada.

11. Comentó al grupo sus conclusiones y obtuvo el consenso en el análisis para completar los reportes correspondientes.

12. Guardó apropiadamente los instrumentos, herramientas y materiales utilizados en la práctica.

13. Limpió su área de trabajo.

14. Elaboró el informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los reportes generados a lo largo de la práctica, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones.

Participó de manera activa en las estrategias de construcción del aprendizaje recomendadas.

• Realizo la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.

Observaciones:

PSP:

Hora de inicio:

Hora de término:

Evaluación:

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Unidad de aprendizaje 1 Práctica número 2 Nombre de la práctica Características del amplificador logarítmico Propósito de la práctica Al finalizar la práctica, el alumno interpreta las salidas no lineales de

algunos sensores, utilizando equipo de medición y observar el funcionamiento y aplicación del amplificador logarítmico para linealizar señales medidas.

Escenario Laboratorio o Taller Duración 2 h.


• Manuales del fabricante. • Amplificador operacional de

propósito general. • Resistencias, Diodos,

termopar tipo J o E o K. • Alambre para

interconexiones. • Estaño 80-20. • Formatos de reporte de

resultados.

• Protoboard. • Multímetro analógico y/o

digital. • Osciloscopio de dos canales. • 3 Juegos de cables de

medición banana-caimán. • Fuente de poder +15V, -15V

0-10Khz.

• Pinza de punta. • Pinza de corte. • Pinza pela cable. • Cautín 60 W. • Cables de conexión

banana-caimán.

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Procedimiento






Personales: • Lavarse las manos perfectamente. • Evitar el uso de relojes, hebillas, botones protuberantes, corbatas, ropa holgada • Evitar traer suelto el cabello largo. • Utilizar la ropa y equipo de trabajo (Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad). Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Casco. • Gogles o lentes. • Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor. • Protección auditiva. • Mascara antigases.

Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica.

• Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello (separando los materiales orgánicos e inorgánicos).

• Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas.

Aplicar estrategias de construcción del aprendizaje.

Se sugiere que con la guía del PSP, el alumno más adelantado o experimentado: • Explique el procedimiento que se va a ejecutar, reafirmando el tipo de tareas que se

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Procedimiento aprenderán.

El PSP realizará de manera adicional a la conducción y supervisión de las actividades de la práctica:



Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos

importantes que deben cuidar, los errores más frecuentes que se suelen cometer, las recomendaciones del fabricante, etc.

• Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten durante la práctica, incluyendo las relacionadas con situaciones y casos específicos.

• Explicando el procedimiento a sus compañeros y tratando de ayudarse mutuamente en la comprensión de los conocimientos implícitos.

• Ejecutando el procedimiento, tantas veces como sean necesarias, hasta hacerlo con precisión. • Pasando en forma rotatoria por el aprendizaje de enseñar.

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Lista de cotejo de la práctica número 2: Características del amplificador logarítmico Nombre del alumno: Instrucciones: A continuación se presentan los criterios que van a ser

verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo.

De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño.

Desarrollo Si No No

aplica Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.

• Limpiar el área de trabajo.

• Evitar la manipulación de líquidos y alimentos cerca de los documentos de trabajo.


2. Se incorporó a algún equipo de trabajo.

3. Armó en el protoboard el circuito de la figura 2.

4. Energizó el circuito y conectó el osciloscopio a los puntos indicados del circuito.

5. Midió las formas de onda de la señal de entrada y de salida del circuito.

6. Realizó las propuestas de variación para el circuito.

7. Realizó la desconexión de los equipos e instrumentos empleados, de manera apropiada.

8. Realizó la desconexión de los equipos e instrumentos empleados,

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Desarrollo Si No No aplica

de manera apropiada.








• Realizo la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.

Aplicar las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.

Observaciones:

PSP:

Hora de inicio:

Hora de término:

Evaluación:

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RESUMEN

Uno de los dispositivos electrónicos más versátiles y de mayor uso en aplicaciones lineales es el amplificador operacional, al que con frecuencia se le conoce en ingles como op amp.

Los amplificadores operacionales son populares porque son baratos, fáciles de usar y es divertido trabajar con ellos. Permiten construir útiles circuitos sin tener que saber nada sobre su complicada circuiteria interna.

Por lo general, los amplificadores operacionales resisten los errores de alambrado, gracias a que cuentan con circuitos de protección internos.

El término operacional de estos amplificadores se refería originalmente a operaciones matemáticas.

Los primeros amplificadores operacionales se usaban en circuitos para sumar, restar, multiplicar o dividir. Estas operaciones se realizan actualmente mediante otros medios, aunque en señales eléctricas, siguen realizándose mediante estos dispositivos.

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2APLICACIÓN DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL EN LOS PROCESOS DEL

ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES Al finalizar la unidad, el alumno interpretará los procesos que se pueden presentar en el acondicionamiento de una señal electrónica

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7 hrs.


6 hrs.


7 hrs.


10 hrs.


16 hrs.


16 hrs.





108 hrs.


20 hrs


46 hrs


42 hrs

Módulo

Unidades de

d

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18 hrs.


18 hrs.

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1. APLICACIÓN DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL EN LOS PROCESOS DEL

ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES.

SUMARIO

• APLICACIONES EN LOS PROCESOS DEL ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES.

• CIRCUITOS COMPARADORES.

• NIVEL ADECUADO DE UNA SEÑAL MEDIDA Y SU MANIPULACIÓN

• CIRCUITOS PARA MEDIR VARIABLES ELÉCTRICAS.

• MEDICIÓN DE VARIABLES DE INTENSIDAD LUMINOSA.

• FILTROS ACTIVOS

• CONVERTIDOR DE SEÑAL

RESULTADO DE APRENDIZAJE

2.1 Aplicar el amplificador operacional en procesos de acondicionamiento de señales

2.1.1. AMPLIFICADOR INVERSOR

Identificar aplicaciones en los procesos del acondicionamiento de señales que es muy común utilizar amplificadores operacionales

• En la instrumentación

Muchas aplicaciones en laboratorios e industria necesitan de la medición de señales analógicas de bajo nivel que se originan en fuentes remotas (como por ejemplo los termopares, galgas extensométricas, derivaciones de corrientes y sensores biológicos) Esas señales se deben amplificar mediante dispositivos que posean la ganancia, impedancia de entrada, relación de rechazo de modo común y estabilidad adecuadas. Es común seleccionar los amplificadores de instrumentación para esas aplicaciones, porque son amplificadores diseñados específicamente para cumplir con estos requisitos. Una forma de definir los amplificadores de instrumentación es:

Un amplificador de instrumentación es un dispositivo de precisión de ganancia de voltaje diferencial que se optimiza para funcionar en un medio hostil para

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mediciones de precisión. El mundo real se caracteriza por desviaciones de lo ideal.: la temperatura varía, existe ruido eléctrico y las caídas de voltaje debidas a la corriente a través de la resistencia de los conductores desde ubicaciones remotas, son dictadas según las leyes de la física.

Los amplificadores de instrumentación están hechos para emplearse siempre que sea difícil la adquisición de una señal útil.

Como preamplificadotes, los amplificadores de instrumentación son capaces de extraer señales diferenciales pequeñas de voltajes grandes en modo común. En los sistemas analógicos analógico-digital, las amplitudes de su señal de salida están adaptadas para satisfacer los requisitos necesarios de la señal de entrada de los convertidores analógico-digital. También se emplean en aplicaciones especiales de medición de corriente, esto es, amplificando los voltajes pequeños que aparecen a través de derivaciones de baja resistencia de baja resistencia insertadas en las líneas de voltaje.

• Como convertidor

Algunas veces en la electrónica industrial, es necesario entregar una corriente que es proporcional a un cierto voltaje, aun cuando la resistencia de carga pueda variar. Si la resistencia de carga puede permanecer constante, no habría problema. Naturalmente, la corriente de carga sería proporcional al voltaje aplicado, de acuerdo a la ley de Ohm. Sin embargo, si la resistencia de carga varía de una unidad a otra, o si varía con la temperatura o con la edad, entonces entregar una corriente exactamente proporcional a un cierto voltaje no es fácil. Un circuito que puede ejecutar este trabajo se denomina conversor voltaje-corriente.

• En el filtrado

Una aplicación común de los amplificadores operacionales se encuentra en la construcción de filtros activos. Un circuito de filtro pasivo se construye empleando componentes pasivos (resistores y capacitores). Un filtro activo utiliza además un amplificador para la ganancia de voltaje y para el aislamiento de señal o separación.

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Un filtro que proporcione una salida constante a partir de CD hasta una frecuencia de corte, y que después no deje pasar ninguna señal ideal pasabajo. Un filtro que sólo pasa señales arriba de la frecuencia de corte es un filtro pasaalto. Cuando el circuito filtro pasa señales que se encuentran arriba de una frecuencia de corte y por debajo de una segunda frecuencia de corte es un filtro pasabanda.


Trabajo individual


Elaborará un resumen de las aplicaciones de los procesos de acondicionamiento de señales

2.1.2. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS COMPARADORES

El amplificador operacional en CI es utilizado normalmente conexión de componentes externos. Estos

componentes proporcionan retroalimentación negativa la cual sirve para reducir la ganancia de voltaje total a un valor razonable. La ganancia de voltaje cuando se utilizan componentes externos se denomina ganancia de voltaje de bucla cerrada.

Un Amplificador operacional raramente se utiliza en la configuración de bucla abierta porque su ganancia de bucla abierta es tan alta que dificulta el balance del voltaje de salida entre los puntos de saturación positivo y negativo. Una aplicación en la cual se utiliza en bucla abierta es en el comparador de voltaje. Este compara un voltaje con otro voltaje y señala cual de ellos es mayor

Un ejemplo de un comparador de voltaje se muetra en el siguiente dibujo

En la figura, la entrada inversora está conectada a tierra y la fuente externa V1 esta conectada a la entrada no

V

V

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inversora. El circuito hace la comparación entre V1 y tierra (0 volts). Si V1 es mayor que 0 volts, lo cual significa que es positivo, la salida pasará a saturación positiva, casi +12 volts. Si V1 es menor que 0 volts, lo cual significa que es negativo, la salida pasará a saturación negativa, casi -12 volts. Siempre que V1 exceda una fracción de milivolts, la salida pasará a uno o al otro de estos extremos debido a la ganancia de bucla abierta muy grande. De esta forma el voltaje de salida de un comparador de voltaje indica el resultado de la comparación

• Detector de cruce por cero

- Histéresis

Existe una técnica estándar que sirve para mostrar el comportamiento de un comparador por medio de una gráfica en vez de dos, como se puede observar en la figura. Al graficar iE en el eje horizontal y oV en el vertical, se

obtiene la característica de voltaje de entrada y salida, como se muestra en la figura. Cuando iE es menor que LTV ,

sato VV += . La línea vertical (a) muestra que oV va de satV− hasta satV+ cuando

iE se vuelve menor que LTV . La

diferencia de voltajes entre UTV y LTV se denomina voltaje de histéresis, HV

Siempre que un circuito cambia de un estado a otro con cierta señal y luego regresa del segundo al primer estado con una señal de entrada diferente, se dice que el circuito presenta histéresis. En el caso del comparador con retroalimentación positiva, la diferencia en las señales de entradas es la siguiente:

LTUTH VVV −=

Si el voltaje de histéresis está diseñado para que sea mayor que el voltaje de ruido pico a pico, no habrá cruces falsos de salida. Por consecuencia, HV

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indica que tanto ruido pico a pico es capaz de soportar el circuito.

- Detector de cruce por cero con histéresis

Si iE tiene un valor comprendido entre

LTV y UTV , es imposible predecir el valor de oV a menos que éste ya se conozca. Por ejemplo, suponga que iE se sustituye por tierra ( VEi 0= ) en la

figura anterior y se enciende la fuente de de poder. El amplificador operacional pasará ya sea a satV+ o a

satV− , dependiendo de la presencia

inevitable del ruido. Si el amplificador operacional pasa a satV+ , entonces iE deberá ir arriba de UTV para cambiar la salida. Si oV ha pasado a satV− entonces

iE tendrá que ir por debajo de LTV para poder cambiar a oV .

Por lo tanto, el comparador con histéresis presenta la propiedad de memoria. Esto es, si iE cae entre HV y

LTV (dentro del voltaje de histéresis), el amplificador operacional recuerda el último valor de cambio de iE estuvo arriba de UTV o abajo de LTV .

• Detector de nivel de voltaje

- Detector no inversor de nivel de voltaje con histéresis

La resistencia de retroalimentación positiva de la salida a la entrada (+) indica la presencia de histéresis en el circuito de la figura siguiente. iE se

aplica a través de R a la entrada de (+), de modo que el circuito es no inversor. (Observe que iE tiene que ser una

fuente de baja impedancia, o la salida ya sea de un seguidor de voltaje o de un amplificador operacional). El voltaje de referencia refV se aplica a la entrada

(-) del amplificador operacional.

Los voltajes de umbral superior e inferior pueden determinarse a partir de las siguientes ecuaciones:

nV

nVV sat

refUT−

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

11

El voltaje de histéresis HV se expresan de la siguiente manera

( ) ( )n

VVVVV satsat

LTUTH−−+

=−=

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En los detectores de cruce por cero, HV está centrado en la referencia de cero volts. Para el circuito de la figura no está centrado en refV , aunque es

simétrico alrededor del valor promedio de UTV y LTV . Este valor se denomina voltaje central ctrV y se encuentra

mediante la ecuación:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

+=

nV

VVV ref

LTUTctr

112

- Detector inversor de nivel de voltaje con histéresis

Si se incrementa iE y refV en la figura,

el resultado es el detector de nivel de voltaje inversor con histéresis. Las expresiones correspondientes para UTV y LTV son:

( )11 +

++

+=

nV

Vn

nV satrefUT

( )11 +

−+

+=

nV

Vn

nV satrefUT

ctrV y HV son por lo tanto,

refLTUT

ctr Vn

nVVV ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

+=

+=

12

( ) ( )1+−−+

=−=n

VVVVV satsat

LTUTH

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Observe que tanto ctrV como HV

dependen de n y, por consecuencia, no son independientemente ajustables

- Circuito de control de un cargador de baterías

En la figura se muestra del control del cargador de batería. Cuando iE

desciende por debajo de los 10.5 volts, oV se vuelve negativo y deja

normalmente al relevador en su posición de cerrado. Los contactos del relevador (NC) que, por lo general están cerrados, conectan el cargador a la batería iE . El diodo 1D protege al

transistor contra la polarización inversa excesiva cuando sato VV −= . En el

momento en que se carga la batería a 13.5 volts, oV cambia a satV+ , mismo

que enciende el transistor y opera el relevador. Sus contactos NC se abren para desconectar el cargador. El diodo

2D protege tanto al amplificador operacional como al transistor contra los transitorios creados por el decreciente campo magnético del relevador.

• El C. I. Comparador de precisión 111/311

- Características básicas

El comparador 111 (militar), o el 311 (comercial) es un circuito integrado diseñado y optimizado para lograr un alto rendimiento en aplicaciones como detector de nivel de voltaje. Un comparador debe ser veloz; esto es, su salida ha de responder con rapidez a los cambios que se presentan en sus entradas.

El comparador 311 es una opción excelente, a bajo costo, dada su versatilidad. Su salida está diseñada para no presentar rebotes entre satV± ,

aunque es posible modificarla con bastante facilidad. De hecho, si se conectara a un sistema con una fuente de alimentación de voltaje diferente, sencillamente se conectaría la salida de la nueva fuente de voltaje a través de una resistencia adecuada.

Operación de la terminal de salida

El modelo simplificado del 311 se muestra en la figura. Su salida se comporta como si se tratara de un interruptor conectado entre la terminal de salida 7 y la 1. La terminal 7 se puede conectar con cualquier otro

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voltaje ++V con magnitudes de hasta 40 volts, más positiva que la terminal de alimentación V− (terminal 4). Cuando la entrada (+), terminal 2, es más positiva que la entrada (-) 3, el interruptor equivalente de salida del 311 está abierto. oV se determina entonces por ++V y es de +5 volts.

Cuando la entrada (+) es menos positiva (está por debajo) de la entrada (-), el interruptor equivalente de salida

del 311 se cierra y se extiende la tierra de la terminal 1 hasta la terminal 7 de salida.

fR y iR aportan cerca de 50 milivolts

de histéresis para minimizar los efectos de ruido, de modo que la terminal 2 en esencia está a 0 volts. Las formas de onda para oV y iE se aprecian en la figura. oV está a = volts

(interruptor cerrado), para los medios ciclos positivos de iE . oV está a +5

volts (interruptor abierto) para los medios ciclos negativos de iE Éste es

un circuito común de interfaz; lo que significa que los voltajes pueden variar entre niveles de +15 y -15 volts; sin embargo, oV está restringido dentro de

+5 y 0 volts, los cuales son niveles tradicionales de señales digitales. De modo que el 311 puede utilizarse en la conversión de niveles de voltaje analógico en niveles digitales (interfaces)

Operación de la terminal de habilitación

La terminal de habilitación del 311 es la 6. Esta característica de habilitación permite que la salida del comparador responda a señales de entrada o bien

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sea independiente de éstas. En la siguiente figura se utiliza el 311 como detector de cruce por cero. Se conecta una resistencia de 10 kΩ a la terminal de habilitación. El otro extremo de la resistencia se conecta a un interruptor. Con el interruptor de habilitación abierto, el 311 opera en forma normal. Esto es, el voltaje de salida está a ++V en el caso de valores negativos de iE y a 0 para valores positivos de iE .

Cuando el interruptor de habilitación se cierra (conectando la resistencia de 10 kΩ a tierra), el voltaje de salida pasa a ser ++V independientemente de la señal de entrada. oV seguirá a un valor ++V en tanto esté cerrado el interruptor de habilitación. Por lo tanto, la salida es independiente de las entradas hasta que se vuelva a abrir el interruptor de habilitación.

La característica de habilitación es útil cuando se utiliza un comparador con un microcontrolador para protocolos (handshaking) de señales. Si el microcontroladores aplica a 0 lógico a la terminal del comparador 311, el interruptor de habilitación se cierra para evitar que señales extrañas se conecten al microcontrolador. Así, cuando el programador desea que el microcontrolador reciba datos del 311,

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se aplica un 1 lógico a la terminal 1. La corriente de la habilitación debe limitarse aproximadamente a 3 mA. Si no se utiliza la habilitación, la terminal de ésta se deja abierta o conectada a +V.

- Aplicación del C. I. (Una aplicación biomédica)

Como se menciono en lo referente al circuito del modelo simplificado del 311, este puede servir para convertir señales analógicas a señales digitales dentro de niveles TTL. Observe la forma de onda del cardiograma (EKG o ECG) que se muestra en la siguiente figura. Ésta se someterá a un acondicionamiento de señal para alimentar la entrada del contador de un microcontrolador, o la entrada de captura. En este caso puede utilizarse el 311 con histéresis

El nivel de histéresis se define de manera tal que la salida del 311 vaya a un nivel lógico 1, sólo en el caso de la onda R y por encima de un nivel de voltaje especificado. La salida del comparador se queda en un nivel lógico 0 en el caso de las ondas P y T. Si en el caso de un paciente, el

segmento S-T está elevado, dicho nivel puede provocar que la salida del 311 cambie de estado y a continuación el microcontrolador lo registra. En un hospital, o en un consultorio médico, la forma de onda del electrocardiograma de una persona se obtiene mediante sensores; la forma de onda pasa luego por un amplificador de aislamiento/instrumentación y luego entra al circuito acondicionador de señal analógico-digital. Es decir, el paciente está siempre fuera de contacto de fuentes de alimentación de CA.

• El detector de ventana

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- Diagrama esquemático

El circuito que se muestra en la figura está diseñado para monitorear un voltaje de entrada e indicar cuando este voltaje se encuentra por arriba o por debajo de los límites prescritos. Por ejemplo, las fuentes de alimentación de los circuitos integrados lógicos TTL se deben regular a 5.0 volts. Si el voltaje de alimentación excede a 5.5 volts la lógica puede resultar dañada, y y si la alimentación de voltaje desciende por debajo de 4.5 volts, la lógica puede funcionar de una manera no deseada. Por lo tanto, los límites de la fuente de alimentación de TTL son 4.5 y 5.5 volts. La fuente de alimentación deberá observarse a través de una ventana cuyos límites están entre 4.5 y 5.5 volts. Por lo anterior, se le ha dado el nombre de detector de ventana. Este circuito a veces se conoce también detector límite de doble extremo.

En la figura, el voltaje de entrada iE se

conecta a la entrada (-) del comparador A y a la entrada (+) del comparador B. El límite superior UTV se aplica a la

entrada (+) de A, en tanto que el límite inferior LTV se aplica a la entrada (-) de B. Cuando iE desciende por debajo de

LTV o asciende por encima de UTV , la

luz de alarma se enciende para indicar que iE no está dentro de los límites

prescritos.

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- Funcionamiento del circuito

El circuito funciona de la siguiente manera. Suponga que VEi 5= . Dado que iE es mayor que LTV y menor que

UTV , el voltaje de salida de ambos comparadores esta a ++V pues los dos interruptores de salida están abiertos. La lámpara/alarma está apagada. Ahora, suponga que VEi 0.6= , o

UTi VE > . La entrada en la terminal 3 de

A es más positiva que la terminal 2, de modo A está al potencial de la terminal 1 o tierra. Esta tierra enciende la lámpara y VVo 0= . Ahora suponga que

iE desciende al valor 4.0 V, o UTi VE < .

La entrada (+) de B es menor que su entrada (-), de modo que la salida B queda en 0 V. (el voltaje en su terminal 1). Una vez más, esta tierra hace que la lámpara /alarma se encienda. Observe que esta aplicación muestra que las terminales de salida del 311 pueden conectarse juntas y que la salida está a

++V solo cuando la salida de cada comparador se encuentra a ++V .



Realizará un resumen del manejo de los circuitos comparadores construidos con amplificadores operacionales


2.2 Manejar las características de operación de los circuitos amplificadores no inversores.

2.2.1 AMPLIFICADOR NO INVERSOR.

• Obtener el nivel adecuado de una señal medida

En muchas aplicaciones industriales las variables de interés no son de origen eléctrico, como lo es la temperatura, la posición y velocidad, el nivel de algún fluido por mencionar algunos. Para convertir estas variables no eléctricas en una señal eléctrica se utilizan dispositivos para dicho fin conocidos como transductores de lo

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que podemos mencionar los termopares, los tacómetros entre otros. La señal analógica del transductor raramente es de la forma adecuada para registrarse o mostrarse directamente. Generalmente debe primero pasar por una serie de procesos de acondicionamiento de señal antes de mostrarse. Esos procesos pueden ser algunos o todos los que a continuación se mencionan: amplificación, filtrado, linealización, corrimiento y amortiguamiento. El equipo de acondicionamiento de señal en los sistemas de instrumentación se diseña para llevar a cabo esas funciones. El proceso de amplificación (y algunas veces de amortiguamiento) se lleva a cabo mediante amplificadores electrónicos

• Manipulación de una señal

Una vez que la señal de interés ha sido llevada a un nivel adecuado, esta es manipulada para obtener algún desempeño deseado o requerido, lo

cual normalmente esta función es realizada por algún controlador



Identificará las características básicas de una señal de instrumentación

2.2.2 FUENTE DE VOLTAJE IDEAL.

• Voltímetro de CD de alta resistencia

En la figura se muestra un amplificador operacional utilizado como amplificador básico en un milivólmetro de corriente directa. El amplificador proporciona un medidor con elevada impedancia de entrada y factores de escala que dependen sólo del valor y exactitud del resistor. Se puede observar que la lectura del medidor representa milivolts de señal en la entrada del circuito. Un análisis del circuito del amplificador operacional produce la función de transferencia del circuito.

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De este modo una entrada de 10 mV dará por resultado una corriente a través del medidor de 1 mA. Por ejemplo a cambiar a Rf a 200 KΩ se producirá un factor de escala de:

mV5mA1

101

K100K200

1

=ΩΩ

Ω= x

VI o

que indica que el medidor lee en este caso 5 mV, a escala completa. Debe tenerse presente que la construcción de un milivólmetro de tales características requiere la adquisición de un circuito de amplificador operacional, unos cuantos resistores y un galvanómetro. La capacidad para obtener una unidad de amplificador operacional probada y completamente en operación hace que la medida de medición sea fácil de integrar.

• Convertidores de voltaje a corriente

Ocasionalmente en electrónica industrial, es necesario entregar una corriente que es proporcional a un cierto voltaje, aun cuando la resistencia de carga puede variar. Naturalmente, la corriente de carga sería proporcional al voltaje aplicado, de acuerdo con la ley de Ohm. Sin embargo, si la resistencia de carga varía de una unidad a otra, o si varía con la temperatura o con la edad, entonces entregar una corriente exactamente proporcional a un cierto voltaje no es cosa fácil. Un circuito que puede ejecutar este trabajo es mostrado en la figura

Se denomina convertidor voltaje-corriente. Este circuito es capaz de convertir un voltaje a una corriente debido al cero virtual a través de sus

V

VR

CarIR

Corriente (I )

La resistencia puede

Resistencia

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entradas diferenciales. Es decir, si V1 se presenta en la entrada positiva (+), entonces en la entrada negativa (-) aparecerá un voltaje virtualmente igual a V1.

La corriente a través de R1 se determina por la ley de Ohm

1

11 R

VI R =

de modo que IR1 no cambiará siempre que R1 no cambie. Debido al hecho que virtualmente no fluye corriente entre las entradas inversora y no inversora, se puede decir que

acR II arg1 =

Por tanto,

1

1arg R

VI ac =

El resultado de la última ecuación es independiente de la resistencia de carga. La corriente de carga es garantizada proporcional al voltaje de entrada bajo cualquier condición de resistencia de carga.

Una característica buena del convertidor voltaje-corriente es que

puede ser manejado por una fuente de voltaje la cual no es capaz de entregar la corriente requerida por la última ecuación. Esto es debido al hecho que la fuente de voltaje solamente tiene que manejar un amplificador operacional no inversor, cuya impedancia de entrada es alta (muchos megaohmios). La corriente de carga es entregada por el amplificador operacional.


Competencia científico-teórica

Identificará las características básicas para la construcción de los circuitos de medición de variables eléctricas, empleando amplificadores operacionales

Competencia lógica

Identificará las variables eléctricas que intervienen y conocerá su

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comportamiento

Medir variables de intensidad luminosa empleando circuitos con amplificadores operacionales

• Probador de LED’s

- Circuito

En el circuito de la figura convierte iE

en una corriente de carga de 20 mA. Con el transistor se proporciona corriente de carga mediante la alimentación de voltaje negativo.

- Funcionamiento

La terminal de salida del amplificador operacional sólo debe alimentar una corriente de base, la cual reprenda, por lo general 1/100 de la corriente de carga. Puesto que el amplificador

operacional puede alimentar una corriente de salida de hasta 5 mA dentro de la base del transistor, este circuito proporciona una corriente de carga máxima de 5 mA x 100= 0.5 A.

Un diodo emisor de luz como el MLD50 está diseñado para producir una brillantez de 750 fL (lamberts pie) siempres que la corriente directa de

diodo sea de 20 mA. iE y iR definirán la corriente del diodo mediante la siguiente formula,

mAVREI iiL 20100/2/ =Ω== . Ahora puede medirse la brillantez de los LED’s fácilmente, de uno por uno, para propósitos de prueba o de igualación, dado que la corriente que pasa por cada diodo será exactamente igual a 20 mA, independientemente del voltaje directo de los LED’s.

Vale la pena observar que es posible conectar en serie una carga de dos LED’s con el circuito de retroalimentación, ambos, pueden conducir 20 mA.

• Medición de la corriente de Fotodetectores

- Celda fotoconductora

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Cuando un interruptor está en la posición 1, como se aprecia en la figura, una celda fotoconductora, algunas veces denominada resistencia sensible a la luz (LSR, light sensitive resistor), se conecta en serie con la entrada (-) y iE . La resistencia de una

celda fotoconductora es muy alta en la oscuridad y mucho más baja cuando se ilumina. El valor común de su resistencia es mayor de 500 KΩ y su resistencia a la luz con sol brillante es aproximadamente de 5KΩ. Si VEi 5= ,

entonces la corriente que fluye a través de la celda fotoconductora, I, será 5V/500KΩ =10 mA en la oscuridad y de 5V/5KΩ= 1mA con la luz del sol.

- Fotodiodo

Cuando el interruptor está en la posición 2 de la figura anterior, iE se

encuentra en un extremo del fotodiodo y la tierra virtual en el otro. El fotodiodo tiene polarización inversa, como debe ser en la operación normal. En la oscuridad, el fotodiodo conduce una pequeña corriente de fuga en el orden de nanoamperes, aunque dependiendo de la energía radiante que incida en el diodo, éste conducirá 50µA o más. Por lo tanto, la corriente I

depende sólo de la energía que incida

en el fotodiodo y no de iE . Al pasar

por fR esta corriente se convierte en un voltaje.

• Medición de energía en celdas solares

- Celdas solares

Las celdas solares (también conocidas como celdas fotovoltaicas) son dispositivos que convierten la energía de la luz directamente en energía eléctrica. El mejor modo de registrar la cantidad recibida por la celda es midiendo su corriente de cortocirucito. Por ejemplo, un tipo de celda solar produce una corriente de cortocircuito SCI que varía de 0 a 0.5 A

conforme la luz solar varía desde la oscuridad total a la máxima brillantez.

Uno de los problemas a los que se enfrentan los usuarios de estos dispositivos es convertir la corriente de salida de la celda solar de 0 a 0.5 A en un voltaje entre 0 y 10 volts. Otro problema es medir ½ A de corriente con un medidor de baja corriente (0 a 0.1mA). Para resolver este problema, hay que dividir SCI de modo que sea

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posible esta corriente en el sitio con un medidor de bajo costo. El problema final es el valor de SCI ya que es

demasiado grande para poder usar esta corriente con los circuitos amplificadores operacionales.

- Conversión de la corriente de cortocircuito de una celda solar a voltaje

Con el circuito que se muestra en la figura se resuelven varios problemas. Primero, la celda solar ve la entrada (-) del amplificador operacional como una tierra virtual. Por lo tanto, puede enviar su corriente de cortocircuito SCI . Un

segundo problema que se resuelve es el de convertir SCI mediante fR en el voltaje oV . Para obtener una salida de 0

a 10 volts para una entrada de 0 a 0.5 A, fR debe tener un valor de

( )( ) Ω=== 20

5.010

máxcompleta escala a

AV

IV

RSC

of

Es necesario acoplar oV con un

seguidor de voltaje. La corriente de la celda solar de 0.5 A es demasiado grande para poderla manejar con amplificador operacional. Este problema se resuelve al agregar un transistor npn de refuerzo de corriente.

La corriente de la celda solar fluye por el emisor y el colector del transistor de refuerzo hacia V+ . La ganancia de corriente en el transistor debería ser mayor que 100=β para asegurarse de que el amplificador operacional no tiene que suministrar más de 0.5A/100= 5mA. Cuando AISC 5.0=

- Circuito divisor de corriente

Si a la figura anterior se le añade un miliamperímetro de baja corriente para medir SCI la cual se muestra en la siguiente figura con la resistencia fdR

divisora de corriente. La resistencia fdR está constituida por la resistencia

del medidor mR más la resistencia de escala escalaR .

La corriente de cortocircuito crea una caída de voltaje a través de fR igual a

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oV , que también es igual al voltaje de la resistencia fdR . Por lo tanto, para

determinar el divisor de corriente se iguala la corriente de voltaje a través de fdR y de fR

fmfSCo dRIRIV ==

Por lo que

m

SC

II

d =

• Convertidores de temperatura a voltaje

- El transductor de temperatura AD590

Para construir un termómetro electrónico se usa un transductor de temperatura, un amplificador operacional y resistencias. Emplearemos el AD590, fabricado por Analog Devices, como transductor de temperatura, el cual convierte la temperatura ambiente en grados Kelvin en una corriente de salida TI , es decir, en 1 µA por grado Kelvin. Expresada la temeperatura en grados Celsius,

AIT μ273= a 0ºC (273ºK) y 373 µA a

100ºC (373ºK). Manifiesta la temperatura en grados Fahrenheit,

AIT μ225= a 0ºF y 310 µA a 100ºF. Así pues, el AD590 funciona como una fuente de corriente que depende de la temperatura. Sin embargo, si se requiere la lectura de voltaje para indicar la temperatura de, digamos, 10 mV/ºC o 10 mV/ºF, se requiere un circuito convertidor de corriente a voltaje

- Termómetro Celsius

En el termómetro Celsius, como se muestra en la figura, toda la corriente AD590 se lleva hacia la tierra virtual en la terminal y fluye a través de la resistencia de retroalimentación de 10 kΩ, produciendo así una caída de voltaje igual a oV . Cada microampere de corriente provoca que oV se vuelva

más positivo en un factor de 1 µA x 10kΩ = 10 mV. Un cambio de 1ºC provoca que TI cambie en 1 µA y, por consecuencia, produzca una alteración de 10 mV en oV . El

convertidor de temperatura a voltaje presenta, pues, una ganancia de conversión de 10 mV/ºC.

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A 0ºC, AIT μ273= , Sin embargo, lo que nosotros queremos es que oV sea igual

a cero volts. Por ello, es necesaria una corriente y opuesta de 273 µA que fluya de la fuente de 15 volts y por una resistencia de 54.9 kΩ. Esto provoca que la corriente neta que pasa por fR sea cero y, por lo mismo, que oV sea

cero volts. Por cada aumento de 1 µA/ºC sobre 0ºC, la corriente neta que fluye por fR aumenta en 1 µA y oV

aumenta en 10 mV

- Termómetro Fahrenheit

En la figura se muestra el circuito de un termómetro Fahrenheit. A 0ºF se desea que VVo 0= . Puesto que

AIT μ225= a 0ºF debe ser anulada por una corriente igual y opuesta que fluye por fR . Esta corriente se genere

mediante la fuente de 15 volts y la resistencia de 58.8 kΩ.

Un aumento de 1ºF corresponde a un aumento de 5/9ºC, o sea 0.555ºC, En consecuencia, el AD590 eleva su corriente de salida de 0.555 µA /ºF. fR

convierte este aumento en un voltaje de 0.555 µA /ºF x 18.18 kΩ = 10 mV/ºF. En conclusión, por cada aumento de temperatura de 1ºF por encima de 0ºF, oV se elevará en 10 mV

por encima de 0 volts.

Los dos amplificadores operacionales de la figura se clasifican como circuitos condicionados de señal (CCS). Están diseñados para condicionar la potencia (según se quiera de 0 a 1V). Si su aplicación requiere que la salida del CSS sea la entrada a un convertidor A/D de un microcontrolador, con un intervalo de 0 a 5 volts, entonces fR

deberá cambiarse.

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Identificará cómo medir variables de intensidad luminosa empleando circuitos con amplificadores operacionales


Comprenderá las funciones de los sensores electrónicos



2.3.1. Filtros activos

• Pasabajas

Un filtro pasabajo es aquel que proporciona una salida constante a partir de corriente directa hasta una frecuencia de corte y después no deje pasar ninguna señal. Un filtro pasabajo de primer orden que utiliza un resistor y un capacitor como se muestra en la figura siguiente

Tiene una pendiente práctica de 20 dB por década. La ganancia de voltaje debajo de la frecuencia de corte es constante a

1

1o

ofv R

RA +=

a una frecuencia de corte de

1121

CRfoH π

=

• Pasaaltas

C1

Ro

V1

Vo

Rof

R1

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Un filtro que solo pasa señales arriba de la frecuencia de corte es un filtro pasaalto. En la siguiente figura se muetra este tipo de esquema. La ganancia del amplificador se calcula igual que en el filtro pasabajo con la frecuencia de corte igual que el filtro pasabajo

PARA CONTECXTUALIZAR CON:


Diferenciará los tipos de filtros, sus características y su influencia en la eliminación del ruido

2.3.2. CONVERTIDOR DE SEÑAL

• Convertidor de señal digital a analógica

Básicamente, la conversión Digital/Analógico es el proceso de tomar un valor representado en código digital (como binario o BCD) y convertirlo en un voltaje o corriente que sea proporcional al valor digital. Este voltaje o corriente es una cantidad analógica, ya que puede tomar diferentes valores de cierto intervalo

Existen varios métodos y circuitos para producir la operación D/A que se ha mencionado. En la figura se muestra el circuito básico de un tipo de convertidor D/A de 4 bits.

Las entradas A, B, C y D son entradas binarias que se supone tienen valores de 0 V o bien 5 V. El amplificador operacional sirve como amplificador sumatorio, el cual produce la suma con valor asignado de estos voltajes de

C1

Ro

V

Ro

R1

V1

VO

Rf=1 1

2

4

8 AB

C

D

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entrada. Reacuérdese que el amplificador en este tipo de configuración multiplica cada voltaje de entrada por la proporción de la resistencia de retroalimentación Rf a la resistencia de entrada correspondiente

• Convertidor de señal analógica a digital

Un convertidor Analógico/Digital toma un voltaje de entrada analógico y después de cierto tiempo produce un código de salida digital que representa la entrada analógica. El proceso de conversión A/D es generalmente más complejo y largo que el proceso D/A,por lo que se han creado y utilizado muchos métodos.



Identificará los dos tipos de señal, sus características y aplicaciones

Competencia de calidad

Integrará en el portafolio de evidencia, los resúmenes y trabajos escritos elaborados en la unidad

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Unidad de aprendizaje

2

Práctica número 3

Nombre de la práctica

Aplicación del amplificador operacional como comparador sin retroalimentación.

Propósito de la práctica

Al finalizar la práctica, el alumno identificara el uso del amplificador operacional en la comparación de dos señales de instrumentación sin retroalimentación.

Escenario Laboratorio.

Duración 2 hrs.

Materiales Maquinaria y equipo Herramienta • Manuales del fabricante. • Amplificador operacional

de propósito general. • Resistencias. • Termistor • Relevador. • Transistor. • Alambre para


resultados

• Fuente de poder +15V, -

15V, 0-10 Khz. • Multímetro analógico y/o

digital. • Osciloscopio de dos

canales. • Protoboard. • Generador de Funciones.

• 1 pinza de punta. • 1 pinza de corte. • 1 pinza pelacable.

NOTA: el PSP: debe fomentar en el alumno las actitudes de responsabilidad, disciplina, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.

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Procedimiento

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• Identificar los señalamientos y medidas de seguridad establecidos en el taller. • El taller deberá estar limpio antes de iniciar la práctica. • En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada. • No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente. • Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún



Personales: • Lavarse las manos perfectamente. • Evitar el uso de relojes, hebillas, botones protuberantes, corbatas, ropa holgada • Evitar traer suelto el cabello largo. • Utilizar la ropa y equipo de trabajo (Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad). Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Casco. • Gogles o lentes. • Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor. • Protección auditiva. • Mascara antigases. Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. • Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello

(separando los materiales orgánicos e inorgánicos). • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. Aplicar estrategias de construcción del aprendizaje. Se sugiere que con la guía del PSP:, el alumno más adelantado o experimentado:

• Explique el procedimiento que se va a ejecutar, reafirmando el tipo de tareas que se aprenderán. El PSP: realizará de manera adicional a la conducción y supervisión de las actividades de la

práctica: • La aportación de comentarios referentes a los resultados que se vayan obteniendo en cada

actividad desarrollada. • La corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta

ejecución. Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica:

• Contestando las preguntas que haga el PSP:, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, los errores más frecuentes que se suelen cometer, las recomendaciones del fabricante, etc.

• Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten

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Procedimiento

Desarrollo de la práctica:

1. Organizar al grupo en equipos de trabajo con un mínimo de 3 y un máximo de 6 alumnos. 2. Preparar el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales

en las mesas de trabajo, por equipo de alumnos. Repasar las reglas de seguridad, con el cuidado necesario y determinar los puntos en los

cuales se desea realizaran las observaciones. Manejar los elementos con extremo cuidado. Vigilar que la fuente de alimentación estén desconectadas antes de hacer cualquier

modificación al circuito o efectuar alguna conexión ya sea de algún componente o de algún instrumento.

3. Armar el circuito de la figura 4 y, alimentarlo con fuentes de +10V y –10V con tierra común.

Figura 4 y 4a

4. Poner un voltaje de referencia de +0.5V y después de +5V y hacer las pruebas que se indican a continuación:

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Procedimiento

Vref = +0.5V Vref = -1.0V Vref = +5.0V

Cuando Vref = V1

5. Encontrar el voltaje V2, que hace que V0 salte a –10V. Cuando Vref = V2 6. Encontrar el voltaje V1, que hace que V0 salte a +10V. 7. Verificar en el osciloscopio las formas de las curva de saturación. 8. Dibujar las curvas de saturación e interpretar los resultados. 9. Ahora armar el circuito de la figura 4b y, alimentarlo con fuente de +10V y -10V con tierra

común. 10. Ahora armar el circuito de la figura 4b y alimentarlo con fuente de +10V y –10V con tierra

común y realizar las siguientes pruebas: 11. ¿Qué sucede si R1 del termistor es mayor que la resistencia R2 y el puente está

desbalanceado? 12. ¿Qué sucede si ahora R1 del termistor disminuye y el puente se balancea? 13. Comentar grupalmente las conclusiones de cada equipo para obtener consenso en el análisis

y completar los reportes correspondientes. 14. Realizar la desconexión de los equipos e instrumentos empleados. 15. Guardar los instrumentos, materiales y herramientas utilizados en la práctica. 16. Limpiar el área de trabajo. 17. Elaborar un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los

reportes generados a lo largo de la práctica, incluyendo los procedimientos realizados, las observaciones y las conclusiones.

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Procedimiento

Figura 4b 9 Armar el circuito de la figura 4 y, alimentarlo con fuentes de +10V y –10V con tierra común. 10 Hacer las pruebas que se indican a continuación. 11 ¿Qué pasa si R1 del termistor es mayor que la resistencia R2 y el puente esta desbalanceado? 12 ¿ Que sucede si ahora R1 del termistor disminuye y el puente se desbalancea? 13 Verificar en el osciloscopio las formas de saturación. 14 Dibujar las curvas de saturación e interpretar los resultados.

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Lista de cotejo de la práctica número 3

Aplicación del amplificador operacional como comparador sin retroalimentación.

Nombre del alumno

Instrucciones A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo. De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño

Desarrollo Sí No No Aplica

Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.

Utilizó el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar.

Aplicó las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica.


2. Armó los circuitos de las figuras 4 y 4b.

3. Verificó en el osciloscopio las formas de las curvas de saturación.

4. Dibujó las curvas que muestre las formas de saturación del amplificador sin retroalimentación.

5. Midió y encontró los voltajes de entradas que hace que el voltaje de salida salte a un valor de saturación positivo y negativo.

6. Visualizó que pasa cuando el puente está desbalanceado en el circuito 4b.

7. Visualizó que pasa cuando el puente está balanceado en el circuito 4b.

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8. Verifico que sucede si R1 del termistor es mayor que la resistencia R2 en el circuito 4b.

9. Verifico que sucede si R1 del termistor disminuye en el circuito 4b.

10. Verificó si los parámetros permanecen constantes para todos los elementos o se presentan variaciones.

11. Comparó resultados.

12. Elaboró algunas propuestas de mejora para el proceso de trabajo analizado.







Realizo la práctica con responsabilidad, limpieza, seguridad y trabajo en equipo.

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Observaciones

PSP: Hora de

inicio Hora de

término Evaluación

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2

Práctica número 4


Análisis del circuito comparador con histéresis.


Al finalizar la práctica, el alumno identificara la aplicación del amplificador operacional con retroalimentación en la comparación de dos señales.

Escenario Laboratorio o Taller.

Duración 2 hrs.


• Manuales del fabricante. • Amplificador operacional

de propósito general. • Resistencias. • Alambre para


resultados.



canales. • Juegos de cables de

medición banana-caimán. • Fuente de poder variable

de +15V, -15V, 0-10 Khz.

• Pinza de punta. • Pinza de corte. • Pinza pela cable. • Cautín 60 W.


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Procedimiento

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Personales: • Lavarse las manos perfectamente. • Evitar el uso de relojes, hebillas, botones protuberantes, corbatas, ropa holgada • Evitar traer suelto el cabello largo. • Utilizar la ropa y equipo de trabajo (Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad). Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Casco. • Gogles o lentes. • Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor. • Protección auditiva. • Mascara antigases. Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. • Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para

ello (separando los materiales orgánicos e inorgánicos). • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. Aplicar estrategias de construcción del aprendizaje. Se sugiere que con la guía del PSP:, el alumno más adelantado o experimentado:

• Explique el procedimiento que se va a ejecutar, reafirmando el tipo de tareas que se aprenderán.

El PSP: realizará de manera adicional a la conducción y supervisión de las actividades de la práctica:



Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica: • Contestando las preguntas que haga el PSP:, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos

importantes que deben cuidar, los errores más frecuentes que se suelen cometer, las

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Procedimiento

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1. Organizar al grupo en equipos de trabajo con un mínimo de 3 y un máximo de 6 alumnos. 2. Preparar el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales

en las mesas de trabajo, por equipo de alumnos. Repasar las reglas de seguridad, con el cuidado necesario y determinar los puntos en los

cuales se desea realizaran las observaciones. 3. Identificar el funcionamiento eléctrico del circuito a armar.

En este tipo de circuitos podemos encontrar dos tipos de comparadores, el inversor y el no inversor. En el primer caso el voltaje de referencia se aplica en la entra inversora y lógicamente en el segundo caso en la entrada no inversora. En la fig. se muestra el circuito elemental de un comparador no inversor con la señal de referencia a tierra y la respuesta de este mismo.

En la fig. siguiente de igual forma tenemos el comparador inversor y su respuesta, en la tabla 2 podemos ver como es la respuesta de cada uno según el voltaje de entrada.

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Procedimiento

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Tabla 2.

4. Armar en el protoboard el circuito de la figura 3 y alimentarlo con +10V y –10V con tierra común.

A continuación en la fig. 3 se muestra un comparador regenerativo inversor, como se puede ver tiene un retroalimentación positiva, debido a esto el circuito puede estar en saturación + o -, Para determinar esto se utilizan las siguientes fórmulas:

Figura 3

5. Poner un voltaje de referencia de +0.5V y después de +5V y hacer las pruebas que se indican a continuación:

Vref = +0.5V Vref =-1.0 V

Vref =+5.0V Cuando Vref = V1

6. Encontrar el valor V2 que hace que V0 pase de +10V a –10V. 7. Encontrar el valor de V2 que hace que V0 pase de –10V a +10V. Cuando Vref = V2

Comparador no

inversor Comparador

inversor Vi>0

V Saturación positiva

Saturación negativa

Vi=0V

0V 0V

Vi<0V

Saturación negativa Saturación positiva

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Procedimiento

8. Encontrar el valor V1 que hace que V0 pase de +10V a –10V. 9. Encontrar el valor V1 que hace que V0 pase de -10V a +10V. 10. Dibujar las curvas de histéresis reales en cada caso e interpretar los resultados. Evaluar si

alguna de ellas se parece a la de la figura siguiente:

11. Comentar grupalmente las conclusiones de cada equipo para obtener consenso en el análisis

y completar los reportes correspondientes. 12. Realizar la desconexión de los equipos e instrumentos empleados. 13. Guardar los instrumentos, materiales y herramientas utilizados en la práctica. 14. Limpiar el área de trabajo. 15. Elaborar un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los


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Análisis del circuito Comparador de histéresis.

Nombre del alumno








3. Armó en el protoboard el circuito de la figura 3.

4. Modificó los valores del voltaje de referencia para encontrar los valores de voltaje de entrada.

5. Graficó las curvas de histéresis reales en cada caso

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Observaciones

PSP: Hora de

inicio Hora de


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2

Práctica número 5


Aplicación del amplificador operacional en el filtraje de señales.


Al finalizar la práctica, el alumno identificara las características de los filtros utilizando el amplificador operacional como dispositivo para eliminar ruido..


Duración 2 hrs.


• Manuales del fabricante. • 3 Amplificadores

operacionales de propósito general.

• Resistencias y condensadores de varios valores.

• Alambre para interconexiones.

• Estaño 80-20. • Formatos de reporte de

resultados.




medición banana-caimán. • Fuente de CA variable.



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Procedimiento

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• Identificar los señalamientos y medidas de seguridad establecidos en el taller. • El taller deberá estar limpio antes de iniciar la práctica. • En el taller se deberá contar siempre con un extintor ABC cuya carga este debidamente verificada. • No deberá de localizarse objeto alguno tirado en el suelo, que pueda ocasionar un accidente. • Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún



Personales: • Lavarse las manos perfectamente. • Evitar el uso de relojes, hebillas, botones protuberantes, corbatas, ropa holgada • Evitar traer suelto el cabello largo. • Utilizar la ropa y equipo de trabajo (Overol, bata o la ropa adecuada, zapatos de seguridad). Utilizar el equipo de seguridad, de acuerdo al tipo de práctica a desarrollar. • Casco. • Gogles o lentes. • Guantes de algodón o carnaza, según sea la labor. • Protección auditiva. • Mascara antigases. Aplicar las medidas ecológicas durante el desarrollo de la práctica. • Los desperdicios que se generen, deberán ser depositados en los recipientes adecuados para ello

(separando los materiales orgánicos e inorgánicos). • Deberá de evitarse residuos de aceites o grasas en el piso. • Se deberá evitar daños a materiales, equipos, mobiliario y aulas. • Los materiales que sean susceptibles a ser reutilizados serán conservados para tal fin. • No se permitirá introducir al taller, alimentos y bebidas. Aplicar estrategias de construcción del aprendizaje. Se sugiere que con la guía del PSP:, el alumno más adelantado o experimentado:

• Explique el procedimiento que se va a ejecutar, reafirmando el tipo de tareas que se aprenderán. El PSP: realizará de manera adicional a la conducción y supervisión de las actividades de la

práctica: • La aportación de comentarios referentes a los resultados que se vayan obteniendo en cada

actividad desarrollada. • La corrección de errores o malas interpretaciones en el procedimiento, para su correcta

ejecución. Los alumnos participaran activamente a lo largo de la práctica:

• Contestando las preguntas que haga el PSP:, sobre el procedimiento desarrollado, los aspectos importantes que deben cuidar, los errores más frecuentes que se suelen cometer, las recomendaciones del fabricante, etc.

• Planteando sus dudas, así como las posibles soluciones a los problemas que se presenten

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Procedimiento

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1. Organizar al grupo en equipos de trabajo con un mínimo de 3 y un máximo de 6 alumnos.

2. Preparar el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales en las mesas de trabajo, por equipo de alumnos.

Repasar las reglas de seguridad, con el cuidado necesario y determinar los puntos en los cuales se desea realizaran las observaciones.

3. Identificar el funcionamiento eléctrico de los circuitos de la figura 5.

Figura 5

4. Armar los circuitos de la figura 5 en el protoboard. 5. Energizar cada circuito con una señal senoidal variable de 20 mV pico-pico, debe tener

en fo una señal del orden de 2 Vpp, encontrar: 6. El valor de f0, H0. 7. Los valores de Q, midiendo en que frecuencia se tiene 0.707 del voltaje máximo. 8. Conectar el osciloscopio a los puntos indicados en el circuito. 9. Graficar la ganancia Vs frecuencia, la curva de transferencia de cada circuito. 10. Ver al mismo tiempo de estar haciendo el experimento las salidas de los amplificadores

y sacar conclusiones respecto a su respuesta. 11. Este circuito es muy útil por las ganancias y las Qs que se pueden obtener, así mismo no

requiere de tanta precisión en las componentes como otros circuitos. Para verificarlos conviene que cambie algunos de los valores en u 10% y observar los resultados.

12. Elaborar algunas propuestas de variación para el circuito realizado. 13. Comentar grupalmente las conclusiones de cada equipo para obtener consenso en el

análisis y completar los reportes correspondientes. 14. Realizar la desconexión de los equipos e instrumentos empleados. 15. Guardar los instrumentos, materiales y herramientas utilizados en la práctica. 16. Limpiar el área de trabajo. 17. Elaborar un informe individual del análisis de los procesos efectuados, empleando los


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Aplicación del amplificador operacional en filtraje de señales.

Nombre del alumno








3. Identificó la importancia de ejecutar operaciones matemáticas con los amplificadores operacionales y su aplicación en los procesos industriales

4. Armó en el protoboard el circuito de la figura.

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5. Energizó el circuito y conectó el osciloscopio a los puntos indicados del circuito.

6. Graficó la ganancia Vs frecuencia.

7. Encontró los valores de f0 y H0 y de Q.









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Observaciones

PSP: Hora de

inicio Hora de


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Resumen

Un amplificador es un circuito que recibe una señal de entrada y produce una versión más grande sin distorsión de la señal recibida en su salida.

Todos los circuitos vistos en este capítulo y que desarrollan funciones de amplificación tienen una característica en común: una resistencia externa de alimentación que se conecta entre la Terminal de salida y la Terminal de entrada.

Dichos circuitos se conocen como circuitos de retroalimentación negativa.

Con ella se obtienen innumerables ventajas, todas basadas en el hecho de que el desempeño del circuito ya no depende de la ganancia de lazo abierto, del amplificador operacional.

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3APLICACIÓN DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES PARA LA

SOLUCIÓN ECONÓMICA DE PROBLEMAS.

Al finalizar el capítulo, el alumno usara bloques funcionales basados en amplificadores operacionales en sus concepciones básicas de amplificador Voltaje-Voltaje o amplificador Corriente-Corriente, Muiltivibrador Astable

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7 hrs.


6 hrs.


7 hrs.


10 hrs.


16 hrs.


16 hrs.





108 hrs.


20 hrs


46 hrs


42 hrs

Módulo

Unidades de

d

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18 hrs.


18 hrs.

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3. APLICACIÓN DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES PARA LA SOLUCIÓN ECONÓMICA DE ALGUNOS PROBLEMAS

SUMARIO

• BLOQUES FUNCIONALES CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES DE VOLTAJE-VOLTAJE

• BLOQUES FUNCIONALES CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES DE CORRIENTE-CORRIENTE

• EL MULTIVIBRADOR ASTABLE Y MONOESTABLE

• GENERADORES DE ONDA TRIANGULAR Y DE DIENTE DE SIERRA


3.1. Construir circuitos para medir variables eléctricas, empleando amplificadores operacionales.

3.1 VOLTÍMETRO DE CD DE ALTA RESISTENCIA.

• Convertidor corriente voltaje

Los transductores, como es el caso de los fonocaptores de los micrófonos y las celdas solares, convierten cierta cantidad física en señales eléctricas. Para facilitar el diseño, los transductores se modelan de acuerdo con un generador de señal como se muestra en la figura.

Con frecuencia es deseable medir la corriente máxima de salida en condiciones de cortocircuito; es decir, realizar un corto circuito mediante las terminales de salida y medir la corriente a través del mismo. Esta técnica es adecuada para fuentes de

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señal con resistencias internas muy altas. Por ejemplo, en la figura, la corriente de cortocircuito, SCI , debe ser

2.5V/50kΩ = 50 µA. Sin embargo al colocar un microamperímetro en las terminales de salida del generador no hay cortocircuito, sino una resistencia de 5kΩ. La lectura del medidor será:

Akk

V μ45550

5.2≅

Ω+Ω

Las fuentes de alta resistencia se modelan mejor por medio de un circuito equivalente Norton. Este es sólo para la corriente en cortocircuito ideal, SCI , en paralelo con su propia

resistencia interna, como en el caso de la figura. En dicha figura se muestra la manera como SCI se reparte entre su

resistencia interna y la resistencia del medidor. Para eliminar esta división se utilizará el amplificador operacional.

− Uso del amplificador operacional para medir corriente de cortocircuito

En el circuito del amplificador operacional de l figura se coloca de manera efectiva un cortocircuito alrededor de la fuente de corriente. La entrada (-) está a tierra virtual debido a que la diferencia de voltaje en la entrada es de 0 volts. La fuente de corriente ve el potencial de tierra en ambas terminales o el equivalente de un cortocircuito. Toda la SCI fluye a la entrada (-) y a través de fR . Ésta convierte SCI en un voltaje de salida,

lo que revela que la naturaleza básica de este circuito es convertir la corriente a voltaje

• Generador Senoidal

Los generadores de funciones comerciales producen señales triangulares, cuadradas y senoidales

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cuya frecuencia ya amplitud puede modificar el usuario. Para obtener como salida una onda senoidal, la onda triangular se hace pasar por una red “formadora” hecha con resistencias y diodos cuidadosamente seleccionados. Las ondas senoidales así obtenidas son razonablemente buenas. Sin embargo, inevitablemente se produce algo de distorsión, especialmente en los picos de la onda senoidal.

Cuando para una aplicación determinada se necesita una onda senoidal de una sola frecuencia, en los osciladores convencionales se utilizan técnicas de corrimiento en las que se emplea: (1) dos redes RC de sintonia y (2) un circuito complejo para limitar la amplitud. Para minimizar la distorsión, por lo general es necesario hacer un ajuste específico para cada oscilador. Es difícil variar la frecuencia de este oscilador ya que es necesario modificar dos redes RC y sus valores deben mantener una diferencia constante comprendida entre ± 1 por ciento.

El AD639 es de lo más avanzado que hay en generadores de funciones trigonométricas. Es capaz de crear todas las funciones trigonométricas en tiempo real: seno, coseno, tangente, secante, cosecante y cotangente.

En el AD639 se toma el voltaje de entrada, el cual representa el valor del ángulo. A éste se le conoce como voltaje angular, angV . En el AD639, el

voltaje se calcula de la siguiente manera

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛= θθ

º501

º120 VmVVang

Cuenta con cuatro terminales de entrada. Sin embargo, nos concentraremos en la entrada activa que produce las funciones senoidales. El voltaje de salida será igual a θsen , o

θsen10 , dependiendo de cómo se programe la terminal del control de ganancia interna.

− Operación de la función senoidal

El AD639 se conecta de manera que entronque la salida θsen1=oV , de

acuerdo con la figura. Hay cuatro terminales de entrada: 1, 2, 7 y 8. Si se

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conecta de la manera mostrada, el circuito integrado produce una función senoidal. Las terminales 3, 4 y 10 controlan la ganancia. Normalmente, las conexiones 3 y 4 están conectadas a tierra para que así la terminal 10 active el control de ganancia interna. Para obtener una ganancia de 1, la terminal 10 se conecta con SV− , o sea,

la terminal 9. Cuando la terminal 10 está conectada a SV+ , o con la terminal

16, se consigue una ganancia de +10. Por lo tanto, en este caso θsen10=oV .

La terminal 6 es un voltaje de referencia de precisión de 1.80 volts que corresponde a un voltaje de 90º.

− Generador de onda senoidal de precisión

En la figura se muestra el generador de onda senoidal de precisión.

• Fuente de corriente

En el circuito de la figura se muestra una fuente de corriente constante con carga a tierra. Al circuito se le puede considerar como un convertidor de voltaje diferencial a corriente, debido a que la corriente de carga LI depende de la diferencia entre los voltajes de entrada 1E y 2E y la resistencia R. LI no depende de la resistencia de carga LR ; por lo tanto, si 1E y 2E son constantes,

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la carga conectada a tierra será conectada a tierra será alimentada por una corriente constante. La corriente fluye en cualquier dirección, de modo que este circuito podría suministrar o disipar corriente

La corriente de carga LI se determina mediante:

REE

I L21 −

=

Si LI es positiva significa que fluye hacia abajo, como se aprecia en la figura, y LV es positivo con respecto a tierra. Si LI es negativa quiere decir que LV es negativo con respecto a tierra y la corriente fluye hacia arriba.

El voltaje de carga LV (no LI ) depende de la resistencia de carga LR , de acuerdo con

LLL RIV =

Para estar seguro de que el amplificador operacional no se sature, hay que conocer el valor de oV , mismo

que se calcula de la siguiente manera:

22 EVV Lo −=

• Fuente de voltaje

La primera vez que se enfrenta uno a la idea de la fuente de voltaje ideal es en los libros de textos que tratan sobre aspectos básicos. Por definición, el voltaje no varía independientemente de cuanta corriente se extraiga de la fuente

− Fuente de voltaje ideal práctica

En un diagrama de circuito se muestra el símbolo de batería identificado como -7.5V. Se dispone de un adecuado voltaje de alimentación de +15V y un divisor sencillo de voltaje que genera 7.5V, como se puede ver en la figura. Con esta fuente de 7.5V no surge

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ningún problema siempre y cuando nunca se utilice al mismo tiempo que se conecta una carga.

Como se muestra iR del inversor está en paralelo con 2R para formar así una resistencia equivalente de 10 kΩ ||10 kΩ = 5 kΩ. Esta fuente de 15 volts se divide entre Ω= kR 101 y Ωk5 , por lo que entonces refV cae al valor de 5V.

Para poder conservar el valor de un voltaje cualquiera de referencia, basta con asilarlo con un seguidor de voltaje. El voltaje de referencia de 7.5V está

conectado a un seguidor de voltaje como se muestra en la figura. La salida del seguidor es igual a refV . A la salida

del seguidor se le puede extraer más de 5 mA sin que se produzca un cambio en el refV .

El aislador constituye un excelente espía clandestino. Le permite a uno monitorear lo que esté sucediendo en cualquier punto del circuito. Por lo tanto, es prácticamente imposible detectarlo.

− Fuente de voltaje exacta

Es posible utilizar chips de referencia de voltaje junto con un amplificador inversor para crear voltajes negativos de precisión, así como voltajes positivos y negativos. En el circuito de la figura se muestra como crear un voltaje negativo de -5V por medio del REF-02 y un amplificador inversor. Este circuito tiene menos partes y más precisión que el circuito de la figura. La menor cantidad de partes es evidente y la precisión se obtiene mediante el REF-02 en sustitución de iR y fR . Considere a iR y a fR como

resistencias al 1 por ciento.

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Por lo tanto, existe la posibilidad de que una de las resistencias sea de +1%, en tanto que la otra puede ser de -1%. De esta manera se obtiene una caída de voltaje con 2% de error, lo que quizás no sea aceptable para el diseño.



Realizará una réplica manejando los conceptos básicos del como

responden los diferentes bloques funcionales de amplificados

3.1.2 CONVERTIDORES DE VOLTAJE A CORRIENTE

• Convertidor frecuencia-voltaje

Hay dos maneras de cambiar o modular la frecuencia de oscilación del circuito de la figura

De la ecuación

ref

i

i VE

CRf ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

1

se puede notar que la frecuencia es directamente proporcional al voltaje iE e inversamente proporcional a refV .

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Este tipo de modulación de frecuencia que emplea refV tiene dos desventajas

por lo que se refiere al control de la frecuencia mediante iE . La primera es

que es la relación que existe entre el voltaje de entrada refV y la frecuencia

de salida no es lineal. La segunda es que el voltaje de salida pico de la onda diente de sierra no es constante, ya que varía directamente con refV .

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• Circuito monoestable

No en todas las aplicaciones se necesita una onda repetitiva continua, como la que se obtiene con un multivibrador astable. En muchas aplicaciones lo que se necesita es un nivel de voltaje determinado sólo durante cierto lapso. En este caso lo que se necesita es un multivibrador monoestable, o de disparo.

En la parte de arriba de la siguiente figura se muestra el diagrama del circuito integrado 555 cuando éste funciona como monoestable. Cuando un pulso con variación en sentido negativo se aplica a la terminal 2, la salida se eleva y la terminal 7 elimina el cortocircuito del capacitor C. El voltaje a través de C se eleva de 0 volts a una velocidad que está determinada por AR y por C. Cuando el voltaje del capacitor alcanza el valor de CCV3

2 , el comparador

del 555 provoca que la salida cambie de un nivel alto a uno bajo. También en la figura se muestran las formas de onda del voltaje de entrada y salida. La salida está en un nivel alto para el tiempo que se determina mediante:

CRt Aalto .1.1=

En la parte de debajo de la figura es una gráfica de la ecuación anterior y permite observar rápidamente cuáles son los pulsos de salida que pueden obtenerse y los correspondientes valores de AR y de C

• Oscilador controlado por voltaje

De la figura se puede observar que oV es igual a CE multiplicado por A. Por lo

tanto, la modulación en amplitud es un

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procedimiento de multiplicación. Como se muestra en la figura, se aplica CE a la entrada x del multiplicador. mE se

aplica en la entrada y del multiplicador. CE se multiplica por un

voltaje que varía de 0 a un máximo y vuelve a un valor 0. Por lo tanto, la envolvente de oV es la misma que la de

mE . El multiplicador puede

considerarse como un dispositivo de ganancia controlada por voltaje, al igual que el modulador de amplitud. La forma de onda mostrada es la de un modulador balanceado.


Competencia lógica

Identificará mediante gráficas y

diagramas, las principales características, sus diferencias y semejanzas de las diferentes respuestas generadas por los diferentes amplificadores.



3.2.1. EL MULTIVIBRADOR ASTABLE Y MONOESTABLE

• El multivibrador Astable

- Acción del Multivibrador

El multivibrador de oscilación libre o astable es un generador de onda cuadrada. En la figura se presenta el circuito de un multivibrador; éste guarda semejanza con un comparador con histéresis, excepto porque en vez de voltaje de entrada hay un capacitor.

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Las resistencias 1R y 2R forman un divisor de voltaje mediante el cual se retroalimenta una parte de la salida (+). Cuando oV está en satV+ , como se

muestra en la figura, al voltaje de retroalimentación se le denomina el voltaje de umbral superior. UTV . Este

voltaje se calcula mediante la siguiente ecuación

( )satUT VRR

RV ++

=21

2

La resistencia fR sirve como

trayectoria de la retroalimentación hacia la entrada (-). Cuando oV alcanza el valor de satV+ , la corriente +I fluye por fR para cargar el capacitor C al valor UTV . Mientras el voltaje del capacitor CV sea inferior a UTV , el

voltaje de salida seguirá siendo el valor satV+

Cuando CV aumenta y es ligeramente mayor que UTV , la entrada (-) se vuelve

positiva respecto a la entrada (+). Esto provoca el cambio de la salida de satV+ a satV− . Luego, la entrada (+) es y se

mantiene negativa respecto a tierra debido a que el voltaje de retroalimentación es negativo y está dado por:

( )satLT VRR

RV −+

=21

2

Justo después de que oV cambia de valor a satV− , el capacitor tiene un voltaje inicial igual a UTV . Después, la

corriente −I descarga C hasta 0V y recarga C a un valor LTV . Cuando CV se

vuelve ligeramente más negativo que el voltaje de retroalimentación LTV , el voltaje de salida oV vuelve a ser satV+ .

Se restablecen así las condiciones mostradas en la figura, excepto porque ahora C tiene una carga inicial igual a

LTV . El capacitor se descarga desde un valor LTV hasta llegar a 0 V y luego se vuelve a cargar hasta el valor UTV ; el

proceso se repite una y otra vez. El funcionamiento del multivibrador se resume de la siguiente manera

1. Cuando sato VV −= , C se descarga desde el valor UTV hasta el valor LTV y cambia de oV a satV+

2. Cuando sato VV += , C se carga desde el valor LTV hasta el valor UTV y cambia de oV a satV−

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- Frecuencia de oscilación.

En la siguiente figura se aprecian las formas de onda del capacitor y del voltaje de salida del multivibrador astable.

Para simplificar el cálculo del tiempo de carga del capacitor se escoge 2R de manera que sea igual a 186.0 R . Los intervalos de tiempo 1t y 2t muestran cómo cambian CV y oV con el tiempo. Los intervalos de tiempo 1t y 2t son iguales al producto de fR y de C.

El período de oscilación T, es el tiempo necesario para que se complete un ciclo. Dado que T es la suma de 1t y 2t :

CRT f2= cuando 12 86.0 RR =

La frecuencia de oscilación f es la inversa del período T y se expresa de la siguiente manera:

CRTf

f211

==

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En la que T se expresa en segundos, f en hertz, fR en ohms y C en faradays

• El multivibrador Monoestable

- Respuesta

El multivibrador monoestable genera un solo pulso de salida como respuesta a una señal de entrada. La longitud del pulso de salida depende de las componentes externas (resistencias y capacitores) que estén conectados con el amplificador operacional.

Como se muestra en la figura, este multivibrador genera un solo pulso de salida en la transición negativa de iE .

La duración del pulso de entrada puede ser mayor o menor que el pulso de salida esperado. La duración del pulso de salida está representada por τ en la figura. Dado que una modificación de τ sólo se puede hacer cambiando las resistencias o los capacitores., al multivibrador monoestable se le puede considerar como un ensanchador de pulso. Esto se debe a que el ancho del pulso de salida puede resultar mayor que el pulso de entrada. Además, este multivibrador nos introduce a la idea de un retraso ajustable, es decir, el retraso entre el momento cuando iE se

vuelve negativo y el momento cuando se Vuelve de nuevo oV positivo.

- Estado estable.

En la figura mostrada, oV tiene un valor

satV+ . El divisor de voltaje 1R y

2R retroalimentan UTV a la entrada (+). UTV está expresado por

( )satUT VRR

RV +

+=

21

2

El diodo 1D fija la entrada (-) a un valor aproximadamente de +0.5V. La

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entrada (+) es positiva respecto a la entrada (-), y la elevada ganancia a lazo abierto multiplicada por el voltaje diferencial de entrada ( VEd 6.15.01.2 =−= ) mantiene a oV en el valor satV+

- Transición al estado de temporización

Si la señal de entrada iE , se encuentra

a un potencial de cd estable como se muestra en la siguiente figura, la entrada (+) se mantiene positiva respecto a la entrada (-) y oV se mantiene en satV+ . Pero si iE se vuelve negativo en un valor pico ipE aproximadamente igual o mayor a UTV ,

el voltaje de entrada (+) alcanza un valor por debajo del voltaje de la entrada (-). Una vez que la entrada (+) se vuelve negativa respecto de la entrada (-), oV cambia a satV− . Con este

cambio ahora el multivibrador monoestable se encuentra en su estado de temporización. Para ob tener mejores resultados la constante de tiempo iiCR debe ser 1/10 de la constante de tiempo CR f o menos.

- Estado de temporización

El estado de temporización es un estado inestable, lo que significa que el

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multivibrador monoestable no puede durar mucho tiempo en este estado por las siguientes razones. Las resistencias

1R y 2R de la última figura, retroalimentan un voltaje negativo ( VVLT 1.2−= ) a la entrada (+). El diodo

1D ahora está polarizado inversamente por satV− y se trata básicamente de un

circuito abierto. El capacitor C se descarga hasta 0, para luego recargarse con una polaridad opuesta a la figura anterior. Conforme C se recarga, la entrad (-) se hace cada vez más negativa respecto a tierra. Cuando el voltaje del capacitor se vuelve ligeramente más negativo que LTV , oV cambia satV+ . Luego, el multivibrador

ha completado su pulso de salida y regresa al estado estable de la penúltima figura. Dado que este multivibrador sólo tiene un estado estable, también se le conoce como multivibrador monoestable.

- Duración del pulso de salida

Si el valor de 2R se aproxima a un quinto de 1R , la duración del pulso de salida está expresada por:

5CR f=τ si

51

2RR =

La ecuación exacta es

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−−−−

=UTsat

satf VV

VVCR

5.0lnτ

- Tiempo de recuperación

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Una vez concluido el estado de temporización, la salida vuelve al valor satV+ . Sin embargo, el circuito

todavía no está preparado para que se le redispare de manera confiable, sino hasta que C regrese a su estado inicial de 0.5V, ya que se necesita cierto tiempo para que C se descargue desde el valor VVLT 1.2−= de la figura mostrada antes hasta el valor 0.5V. Al intervalo transcurrido se le conoce como tiempo de recuperación y se muestra en la siguiente figura. El tiempo de recuperación equivale a

Normalmente, c se recarga hasta su estado inicial mediante una corriente que pasa por fR . Para disminuir el

tiempo de recuperación se conecta un resistor de descarga DR , en paralelo con fR . Por lo general si

fD RR 1.0= , el tiempo de recuperación

se reduce una décima parte.


Competencia científico-lógica

Dominará la explicación básica del como responden los diferentes bloques funcionales de amplificador corriente-corriente a señales de entrada determinada

Competencia de información

Hará uso de libros y anuales técnicos, para realizar un cuadro conceptual, listando las características y funcionamiento de cada uno de los amplificadores

Competencia emprendedora

Registrará en una hoja la verificación de la evaluación de los procedimientos de operación de los circuitos amplificadores corriente-corriente

3.2.2. Generadores de onda triangular y de diente de sierra

• Generadores de onda triangular

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En la figura se muestra un generador de onda triangular. Por superposición para Ex, tenemos que:

12

1

12

2

RRRV

RRRV

Ex oo

++

+=

En el amplificador operacional que trabaja como comparador no inversor con histéresis deberá ocurrir conmutaciones, toda vez que Ex pase por cero, en un sentido u otro.

Si el voltaje de salida de este amplificador operacional se encuentra en +Vcc lo que indica que Vo=VZ2, este voltaje como entrada en el operacional que trabaja como integrador provoca una salida rampa negativa.

La amplitud de la onda triangular esta dado por:

11

22 Zo V

RR

E −= y 21

21 Zo V

RR

E −=

En la siguiente figura se muestra el tipo de onda que resulta

Para el tiempo T1 de la figura anterior, obtenemos:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +=

1

21

1

21

Z

ZZ

VVV

RRRCT

y para el tiempo T2

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +=

2

21

1

22

Z

ZZ

VVV

RR

RCT

La frecuencia de oscilación dado por:

( )Hz2

21

211

ZZ

ZZ

VVRCVVRf+

=

Si Vz1=Vz2=Vz, entonces

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Hz4 2

1

RRCRf =

• Generador de onda diente de sierra

En el circuito de la figura que a continuación se muestra, existe en paralelo con el capacitor un elemento conmutador denominado PUT (Transistor Unijuntura programable). El PUT es un miembro de la familia de los tiristores, o sea, es un dispositivo de cuatro capas PNPN. El funcionamiento del circuito se inicia cuando la tensión negativa de entrada Vi produce una rampa positiva en la salida del mismo. Durante el tiempo en el cual la rampa será producida por el circuito que actúa como un integrador común. Durante este tiempo el capacitor se esta cargando y el PUT esta cortado. Esta situación esta indicada en la figura.

El PUT disparará cuando la tensión ánodo (rampa de salida) del mismo adquiere el valor de la tensión de disparo (Vg), preajustada a través de la batería Vp (Vg=Vp). Evidentemente, la tensión de disparo Vg corresponde a la amplitud (Valor pico) deseada para la

señal diente de sierra. Después del disparo del PUT, el capacitor se descarga. Es interesante resaltar que el capacitor no se descarga completamente debido a al tensión directa (Vf) a la que el PUT queda sometido cuando esta conduciendo.

El proceso de descarga continua hasta que la corriente en el PUT cae debajo del valor de su corriente de mantenimiento. En este punto, el PUT retorna al estado de corte y el capacitor reinicia el proceso de carga generando, así, otra rampa positiva en la salida Debido a la repetición de este ciclo de operación, tenemos en la salida del circuito un tren de señales diente de sierra.

La frecuencia de la señal de salida esta determinada por la constante de tiempo RC y dada por

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−=

fp VVRCV

f 11

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Competencia lógica

Identificará mediante gráfica y diagramas las principales características sus diferencias y semejanzas de las diferentes respuesta generadas por los diferentes amplificadores

Competencia de calidad

Integrará los resúmenes, gráficas, diagramas y trabajos escritos en el portafolio de evidencias sobre los temas revisados

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3

Práctica número 6


Convertidor de temperatura a voltaje


Al finalizar la práctica, el alumno describirá las características, el uso y aplicación del amplificador operacional como convertidor de temperatura a voltaje.


Duración 4 hrs.


• Manuales del fabricante. • Amplificadores

operacionales de propósito general.


• Convertidor AD 590. • Alambre para


resultados.





de +15V, -15V, 0-10Khz.. • Fuente CA variable.


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Procedimiento

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Procedimiento

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3. Identificar el funcionamiento eléctrico de los circuitos de la figura 9.

Figura 9

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Procedimiento

4. Armar los circuitos que se proponen en el protoboard, alimentándolo de fuentes de +15V y -15V con tierra común y hacer las siguiente pruebas.

5. Calentar el transductor hasta el punto medio y verificar el voltaje en la salida para los dos circuitos.

6. Medir la señal Vo. Analizar y explicar que sucede. 7. Variar la temperatura y observar el rango en que el termómetro en ambas escalas

trabaja. 8. Calcular la condición de oscilación práctica y la frecuencia de oscilación para ver su

concordancia con la teoría. 9. Elaborar algunas propuestas de variación para el circuito realizado. 10. Comentar grupalmente las conclusiones de cada equipo para obtener consenso en el



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Convertidor de temperatura a voltaje

Nombre del alumno








3. Verificó que sucede cuando el potenciómetro R3 se mueve.

4. Armó en el protoboard los circuitos de la figura 9.

5. Energizó el circuito e hizo las pruebas de medición en los puntos indicados del circuito.

6. Comprobó que sucede al cambiar el valor de la temperatura:

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7. Comprobó el valor de la condición de oscilación práctica y la frecuencia de oscilación.

8. Elaboró algunas propuestas de variación para el circuito realizado.










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Observaciones

PSP:

Hora de inicio

Hora de término

Evaluación

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Unidad de aprendizaje:

3

Práctica número: 7

Nombre de la práctica:

Desplazador de frecuencia controlado por voltaje.

Propósito de la práctica:

Al finalizar la práctica, el alumno el alumno construirá desplazadores de frecuencia controlados por voltaje, empleando circuitos de temporización y amplificadores operacionales.

Escenario: Laboratorio o Taller.

Duración: 2 hrs.


• Manuales del fabricante. • 2 Amplificadores

operacionales de propósito general LM741.


• Diodos, interruptores. • Temporizador LM 555. • Alambre para


resultados.



canales. • Generador de señales. • Juegos de cables de


de +15V, -15V, 0-10Khz. • Fuente de CA variable.

• Pinza de punta. • Pinza de corte. • Pinza pela cable.

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Procedimiento

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Procedimiento

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Se puede ver de la figura que independientemente del tipo de encapsulado, la numeración de las patillas del temporizador es la misma. El 556 es un Circuito Integrado con 2 temporizadores tipo 555 en una sola unidad de 14 pines y el 558 tiene 4 temporizadores tipo 555 en una sola unidad de 14 pines

Descripción de las patillas o pines del temporizador 555

Figura 1

3. Identificar el funcionamiento eléctrico del circuito de la figura 2.

Figura 2

4. Armar el circuito propuesto tal como se muestra en el protoboard.

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Procedimiento

5. Dejar previstas las conexiones para hacer que el circuito sea redisparable o no. Para hacerlo no-redisparable se abre el circuito en DE y, para hacerlo redisparable se une DE.

6. El circuito esta previsto para que el tiempo del monoestable sea del orden de 25 msegundos.

7. Verificar esto con impulsos de 1 mseg o hasta 10 mseg de duración. 8. Hacer los pasos siguientes: 9. Verificar que el voltaje del capacitor Vc se cargue hasta alcanzar el valor de Vut. 10. Calcular matemáticamente la corriente de carga, la frecuencia central, cuando E=0, la

desviación de la frecuencia cuando E=+-1 y la frecuencia de salida. Y verificar los resultados en el circuito.

11. Indicar cuales son los límites positivos y negativos de Ei. 12. Elaborar algunas propuestas de variación para el circuito realizado. 13. Comentar grupalmente las conclusiones de cada equipo para obtener consenso en el



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Resumen

Para su funcionamiento, muchos circuitos requieren ya sea de la conversión o la generación de señales eléctricas.

Si bien, las baterías son útiles en algunos de estos casos, cuando requerimos de baja potencia, su duración es limitada, a menos que se recarguen o cambien.

Por ello, es de gran utilidad el armado de circuitos que provean una función específica en distintos ámbitos, dentro del campo de la electrónica.

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AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS

1. Cuáles son las principales aplicaciones de los amplificadores operacionales?

2. Diseñe un circuito con amplificador operacional que produzca una salida con un rango de 0 a –5 V, suponiendo que la entrada varia entre 0 y 100mV.

3. La resistencia de entrada de un amplificador inversor es de 2KΩ. ¿Calcular la resistencia de retroalimentación necesaria para obtener una ganancia en voltaje de 100?

4. La salida de un sensor de presión diferencial que se emplea en una placa de orificio para medir gasto es alineal; el voltaje de salida es proporcional al cuadrado del gasto. ¿Determinar que características debe tener un elemento de la malla de retroalimentación del circuito acondicionador de señal que usa un amplificador operacional para que dicho circuito linealice la salida antes mencionada?

5. Se desea que un amplificador diferencial tenga una ganancia en voltaje de 100. ¿Cuál será la resistencia de retroalimentación que se requiere si las dos resistencias de entrada son de 1 KΩ?

6. Un amplificador diferencial tiene una ganancia de voltaje diferencial de 2 000 y una ganancia en modo común de 0.2. ¿Cuál es la razón de rechazo en modo común expresada en dB?

7. ¿Cuál es la resolución de un convertidor analógico a digital con una longitud de palabra de 12 bits, si el rango de la entrada de la señal analógica es de 100 V?

8. Un sensor produce una salida analógica máxima de 5 V. ¿Qué longitud de palabra se necesita en un convertidor analógico a digital para obtener una

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AUTOEVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS resolución de 10 mV?

9. La salida de una escalera de resistencia de un CDA R-2R se alimenta a un amplificador operacional que tiene una resistencia de retroalimentación de 2R. ¿Si el voltaje de referencia es de 5 V, calcule la resolución del convertidor?

10. En un CDA de resistencia ponderada binario, ¿cómo se ponderan los valores de las resistencias de entrada para un CDA de 4 bits?

11. ¿Cuál es el tiempo de conversión de un CDA de 12 bits cuya frecuencia de temporizador es de 1 MHz?

12. ¿En términos generales, que técnica se utiliza para ajustar la respuesta de frecuencia de un amplificador operacional?

13. ¿Es posible tomar un amplificador operacional que tenga una frecuencia superior de corte de 2 MHz y elevar su frecuencia de corte a 3 MHz utilizando resistencias y condensadores compensadores de frecuencia?

14. ¿Cuál amplificador tiene la mas alta resistencia de entrada, el amplificador inversor o el amplificador noinversor? Explique por que.

15. ¿Cuándo seria mas serio el desbalance, cuando se amplifica una señal de DC o cuando se amplifica una señal AC? Explique su respuesta.

16. ¿Qué es mas probable que ocurra en un amplificador operacional desbalanceado, un voltaje de desbalance de salida positivo o un voltaje de desbalance de salida negativo?

17. ¿Qué significa decir que un amplificador operacional tiene una RRMC alta?

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RESPUESTAS A LA AUTOEVALUACIÓN

1. Acondicionamiento de señal; como convertidor de señales y parámetros eléctricos; como controlador industrial; como comparador con o sin retroalimentación de señales; en la eliminación de ruidos de una señal; como generador de señales eléctricas; como oscilador de señales eléctricas.

2. Con un amplificador inversor, con una resistencia en serie conectada a la terminal inversora de 1 KΩ y una resistencia de retroalimentación de 50 KΩ.

3. 200 KΩ.

4. V = K√ I.

5. 100 KΩ.

6. 80 dB.

7. 24.4 mV.

8. 9.

9. 0.625 V.

10. 1, 2, 4, 8.

11. 12 µS.

12. Compensación en frecuencia.

13. Si, ya que la facilidad en el ajuste de la frecuencia superior de corte es otro aspecto muy útil de los amplificadores operacionales.

14. .El amplificador noinversor.

15. Cuando se amplifica una señal de CA, ya que esta maneja valores de frecuencias altas.gg

16. Desde luego, una curva real puede encontrarse en cualquier parte por encima o por debajo de la curva real, es decir, puede ser cualquier voltaje entre –V y +V de la fuente.

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17. Que el amplificador operacional es mejor, debido a que amplifica una señal diferencial n veces lo que amplifica una señal de modo común.

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GLOSARIO DE TÉRMINOS DE E-CBNC Campo de aplicación Parte constitutiva de una Norma Técnica de Competencia

Laboral que describe el conjunto de circunstancias laborales posibles en las que una persona debe ser capaz de demostrar dominio sobre el elemento de competencia. Es decir, el campo de aplicación describe el ambiente laboral donde el individuo aplica el elemento de competencia y ofrece indicadores para juzgar que las demostraciones del desempeño son suficientes para validarlo.

Competencia laboral Aptitud de un individuo para desempeñar una misma función productiva en diferentes contextos y con base en los requerimientos de calidad esperados por el sector productivo. Esta aptitud se logra con la adquisición y desarrollo de conocimientos, habilidades y capacidades que son expresados en el saber, el hacer y el saber-hacer.

Criterio de desempeño Parte constitutiva de una Norma Técnica de Competencia Laboral que se refiere al conjunto de atributos que deberán presentar tanto los resultados obtenidos, como el desempeño mismo de un elemento de competencia; es decir, el cómo y el qué se espera del desempeño. Los criterios de desempeño se asocian a los elementos de competencia. Son una descripción de los requisitos de calidad para el resultado obtenido en el desempeño laboral; permiten establecer si se alcanza o no el resultado descrito en el elemento de competencia.

Elemento de Es la descripción de la realización que debe ser lograda por

competencia una persona en al ámbito de su ocupación. Se refiere a una acción, un comportamiento o un resultado que se debe

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demostrar por lo tanto es una función realizada por un individuo. La desagregación de funciones realizada a lo largo del proceso de análisis funcional usualmente no sobrepasa de cuatro a cinco niveles. Estas diferentes funciones, cuando ya pueden ser ejecutadas por personas y describen acciones que se pueden lograr y resumir, reciben el nombre de elementos de competencia.

Evidencia de Parte constitutiva de una Norma Técnica de

Competencia conocimiento Laboral que hace referencia al conocimiento y comprensión

necesarios para lograr el desempeño competente.

Puede referirse a los conocimientos teóricos y de principios de base científica que el alumno y el trabajador deben dominar, así como a sus habilidades cognitivas en relación con el elemento de competencia al que pertenecen.

Evidencia por producto Hacen referencia a los objetos que pueden usarse como prueba de que la persona realizó lo establecido en la Norma Técnica de Competencia Laboral. Las evidencias por producto son pruebas reales, observables y tangibles de las consecuencias del desempeño.

Evidencia por Parte constitutiva de una Norma Técnica de

desempeño Competencia Laboral, que hace referencia a una serie de resultados y/o productos, requeridos por el criterio de desempeño y delimitados por el campo de aplicación, que permite probar y evaluar la competencia del trabajador. Cabe hacer notar que en este apartado se incluirán las manifestaciones que correspondan a las denominadas habilidades sociales del trabajador. Son descripciones sobre

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variables o condiciones cuyo estado permite inferir que el desempeño fue efectivamente logrado. Las evidencias directas tienen que ver con la técnica utilizada en el ejercicio de una competencia y se verifican mediante la observación. La evidencia por desempeño se refiere a las situaciones que pueden usarse como pruebas de que el individuo cumple con los requerimientos de la Norma Técnicas de Competencia Laboral.

Evidencia de actitud Las Normas Técnicas de Competencia Laboral incluyen también la referencia a las actitudes subyacentes en el desempeño evaluado.

Formación ocupacional Proceso por medio del cual se construye un desarrollo individual referido a un grupo común de competencias para el desempeño relevante de diversas ocupaciones en el medio laboral.

Módulo ocupacional Unidad autónoma integrada por unidades de aprendizaje con la finalidad de combinar diversos propósitos y experiencias de aprendizaje en una secuencia integral de manera que cada una de ellas se complementa hasta lograr el dominio y desarrollo de una función productiva.

Norma Técnica de Documento en el que se registran las especificaciones

Competencia Laboral con base en las cuales se espera sea desempeñada una función productiva. Cada Norma Técnica de Competencia Laboral esta constituida por unidades y elementos de competencia, criterios de desempeño, campo de aplicación y evidencias de desempeño y conocimiento.

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GLOSARIO DE TÉRMINOS DE E-CBCC

Competencias contextualizadas

Metodología que refuerza el aprendizaje, lo integra y lo hace significativo.

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Competencias Laborales

Se definen como la aptitud del individuo para desempeñar una misma función productiva en diferentes contextos y con base en los requerimientos de calidad esperados por el sector productivo. Esta aptitud se logra con la adquisición y desarrollo de conocimientos, habilidades y capacidades que son expresadas en el saber, el saber hacer, el saber ser y el saberestar.

Competencias básicas

Son las que identifican el saber y el saber hacer en los contextos científico teórico, tecnológico, analítico y lógico.

Competencias Analíticas

Estas hacen referencia a los procesos cognitivos internos necesarios para simbolizar, representar ideas, imágenes, conceptos u otras abstracciones. Dotan al alumno de habilidades para inferir, predecir e interpretar resultados.

Competencias Científico – Teóricas

Son las que le confieren a los alumnos habilidades para la conceptualización de principios, leyes y teorías, para la comprensión y aplicación a procesos productivos; y propician la transferencia del conocimiento.

Competencias Lógicas

Se refieren a las habilidades de razonamiento que le permiten analizar la validez de teorías, principios y argumentos, así mismo, le facilitan la comunicación oral y escrita. Estas habilidades del pensamiento le permiten pasar del sentido común a la lógica propia de las ciencias. En estas competencias se encuentra también el manejo de los idiomas.

Competencias Tecnológicas

Hacen referencia a las habilidades, destrezas y conocimientos para la comprensión de las tecnologías en un sentido amplio, que permite desarrollar la capacidad de adaptación en un mundo de continuos cambios tecnológicos.

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Competencias clave

Son las que identifican el saber, el saber hacer, el saber ser y el saber hacer; en los contextos de información, para la sustentabilidad, de calidad, emprendedor y para la vida.

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Competencias para la sustentabilidad

Se refieren a la aplicación de conceptos, principios yprocedimientos relacionados con el medio ambiente, para el desarrollo autosustentable.

Competencias de Calidad

Se refieren a la aplicación de conceptos y herramientas de las teorías de calidad total y de aseguramiento de la calidad, y su relación con el ser humano.

Competencias Emprendedoras

Son aquellas que se asocian al desarrollo de la creatividad, fomento del autoempleo y fortalecimiento de la capacidad de autogestoría.

Competencias de información

Se refieren a las habilidades para la búsqueda y utilización de diversas fuentes de información, y capacidad de uso de la informática y las telecomunicaciones.

Competencias para la vida

Competencias referidas al desarrollo de habilidades y actitudes sustentadas en los valores éticos y sociales. Permiten fomentar la responsabilidad individual, la colaboración, el pensamiento crítico y propositivo y la convivencia armónica en sociedad.

Contextualización Puede ser entendida como la forma en que, al darse el proceso de aprendizaje, el sujeto establece una relación activa del conocimiento y sus habilidades sobre el objeto desde un contexto científico, tecnológico, social, cultural e histórico que le permite hacer significativo su aprendizaje, es decir, el sujeto aprende durante la interacción social, haciendo del conocimiento un acto individual y social. Esta contextualización de las competencias le permite al educando establecer una relación entre lo que aprende y su realidad, reconstruyéndola.

Matriz de competencias

Describe las competencias laborales, básicas y claves que se contextualizan como parte de la metodología que refuerza el

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aprendizaje, lo integra y lo hace significativo.

Matriz de contextualización

Presenta de manera concentrada, las estrategias sugeridas a realizar a lo largo del módulo para la contextualización de las competencias básicas y claves con lo cual, al desarrollarse el proceso de aprendizaje, se promueve que el sujeto establezca una relación activa del conocimiento sobre el objeto desde situaciones científicas, tecnológicas, laborales, culturales, políticas, sociales y económicas.

Módulo autocontenido

Es una estructura integral multidisciplinaria y autosuficiente de actividades de enseñanza-aprendizaje, que permite alcanzar objetivos educacionales a través de la interacción del alumno con el objeto de conocimiento.

Módulos autocontenidos específicoes

Están diseñados para atender la formación vocacional genérica en un área disciplinaria que agrupa varias carreras.

Módulos autocontenidos específicos

Están diseñados para atender la formación vocacional y disciplinaria en una carrera específica.

Módulos autocontenidos optativos

Están diseñados con la finalidad de atender las necesidades regionales de la formación vocacional.

A través de ellos también es posible que el alumno tenga la posibilidad de cursar un módulo de otra especialidad que le sea compatible y acreditarlo como un módulo optativo.

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Módulos integradores

Conforman una estructura ecléctica que proporciona los conocimientos disciplinarios científicos, humanísticos y sociales orientados a alcanzar las competencias de formación genérica. Apoyan el proceso de integrac ión de la formación vocacional u ocupacional, proporcionando a los alumnos los conocimientos científicos, humanísticos y sociales de carácter básico y propedéutico, que los formen para la vida en el nivel de educación media superior, y los preparen para tener la opción de cursar estudios en el nivel de educación superior. Con ello, se avala la formación de bachiller, de naturaleza especializada y relacionada con su formación profesional.

Unidades de aprendizaje

Especifican los contenidos a enseñar, proponen estrategias tanto para la enseñanza como para el aprendizaje y la contextualización, así como los recursos necesarios para apoyar el proceso de enseñanza-aprendizaje y finalmente el tiempo requerido para su desarrollo.

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GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉCNICOS

Señal Analógica Es un señal continua en el tiempo es decir, está definida todo un intervalo de tiempo dado.

AMP. OP. Amplificador Operacional.

Astable Circuito oscilador.

BCD Binary Counter Decade.

Circuito combinatorio Se elabora con compuertas básicas y sus salidas dependen de sus entradas en el tiempo presente.

Circuito secuencial Es aquel circuito digital donde sus salidas dependen de sus entradas presentes y también de las anteriores.

Codificador Circuito combinacional que asigna a cada combinación de entrada una y solo una combinación de salida.

Contactor Dispositivo actuador que consta de un embobinado de alta corriente.

Contador asíncrono Aquel contador en el cual la señal de reloj se va desplazando a la etapa siguiente es decir, la salida de la primera etapa funciona como señal de reloj para la etapa siguiente.

Contador Síncrono Es aquel contador que cambia su estado debido a la presencia de un pulso de reloj.

Registro Circuito secuencial capaz de almacenar información binaria.

Relevador Dispositivo actuador que consta de un embobinado de baja corriente.

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Resolución DAC Número máximo de bits de salida (la salida digital).

Variable Magnitud de una señal que no permanece constante en el tiempo.

ADC Analog Digital Converter

DAC Digital Analog Converter

Resolución DAC Número máximo de bits de salida (la salida digital).

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REFERENCIAS DOCUMENTALES

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• Boylestad - Nashelsky: “Electrónica Teoría de circuitos”, 4ta edición, Prentice-Hall hispanoamericana S.A. México, 2003.

• Chatelain, L.; Dispositivos semiconductores. Limusa; México, 2002.

• Conalep. Principios de Electricidad y Electrónica, México 1996.

• Coughlin, Robert F.; Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales; 5a edición; Pearson Educación; México, 1999.

• D. H. Horrocks, Feedback Circuits and Op. Amp.; Chapman y Hall, 1990.

• Floyd, Thomas. L.; Dispositivos electrónicos, Volúmenes, I, II, III, 1ª. Ed., México, Limusa - Conalep 1993.

• Grob, Bernard. Electrónica Básica, México, Editorial Mc. Graw-Hill 1999.

• Hubsche, Klave, Pfluger y Appelt. Electrotecnia. Curso Elemental. Editorial Rerverté, México, 1995.

• Mileaf, Harry. Electrónica, serie 1-7. Editorial Limusa, México 1995.

• Padilla Gil. Prácticas de Electrónica I. Editorial Mc. Graw-Hill, México, 1996.

• Paynter, Robert T.: “Introductory Electronic Devices”, 2nd edition, Prentice-Hall. 1991.

• Rashid, Muhammad H.; Electrónica de potencia: Circuitos, dispositivos y aplicaciones; 2a edición; Pearson Educación; México, 1995.

• Ruiz. Enciclopedia Básica de Electrónica. Editorial CEAC. México,1994.

• Timothy J. Maloney; Electrónica Industrial Moderna, 3ª. Ed; Prentice Hall, Pearson Educación; México, 1999.

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• W. Bolton, Sistemas de control electrónicos en ingeniería mecánica y eléctrica, 2da. Edición; Ed. Alfaomega; México, 2001.

• Wolf, Stanley. Guía para Mediciones Electrónicas y Prácticas de Laboratorio. Editorial Prentice Hall, 1998.

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28 Aplicacion de Amplificadores Operacionales · Capítulo 3 Aplicación de amplificadores operacionales para la solución Económica de algunos problemas Mapa curricular de la unidad