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U N I V E R S I D A D D E G U A D A L A J A R A CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍAS
[REPORTE DE PRÁCTICA #13]
[MEDICIÓN DE PARÁMETROS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL]
ALUMNOS: JORGE ANTONIO GAXIOLA TIRADO -- 208201722
JOSE RICARDO AVELAR RIVAS -- 209358072
PROFESOR: EDUARDO VELAZQUEZ MORA
MATERIA: LABORATORIO DE ELECTRÓNICA II
SECCIÓN: D06
CARRERA: LICENCIATURA EN INGENIERÍA BIOMÉDICA
GUADALAJARA, JALISCO 30 DE JUNIO DEL 2012.
REPORTE DE PRÁCTICA #13 MEDICION DE LOS PARAMETROS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
JORGE ANTONIO GAXIOLA TIRADO JOSE RICARDO AVELAR RIVAS
OBJETIVO
Que el alumno compruebe el valor de algunas características eléctricas de los amplificadores operacionales mediante la medición directa o indirecta de las mismas.
MARCO TEÓRICO
Para muchas de las aplicaciones de baja frecuencia e instrumentación, los amplificadores operaciones que actualmente se fabrican tienen un comportamiento muy al ideal. Sin embargo, cuando se los aplica a situaciones de mayor precisión o requisitos más restrictivos se necesita considerar modelos mas detallados de su comportamiento. En cualquier caso, conocer la características específicas del amplificador operacional que se utiliza, es necesario para comprobar que si comportamiento ideal es válido y estimar si puede ser utilizado en la aplicación que se está desarrollando o debe ser sustituido por otro. La forma habitual de analizar un circuito que se basa en un amplificador operacional, parte de considerar inicialmente un comportamiento ideal, y luego, partiendo de este estudio se analizan las limitaciones que sobre el mismo introducen las diferentes características reales específicas del amplificador. El resultado de este análisis es, bien la validación del amplificador operacional, o la propuesta de su sustitución por otro tipo de amplificador operacional con características más adecuadas.
Características estáticas. Corriente de polarización de la entrada (IB)
Los amplificadores operacionales, y especialmente los diseñados con tecnología bipolar, requieren para operar una intensidad de polarización a través de los terminales de entrada. Esta intensidad es continua e independiente de la tensión de entrada. Las intensidades de polarización de un amplificador por los terminales inversor y no inversor son prácticamente iguales, y sólo difieren en una pequeña fracción. Por ello, los fabricantes las representan en función de la componente común que denominan intensidad de polarización (IB).
REPORTE DE PRÁCTICA #13 MEDICION DE LOS PARAMETROS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
JORGE ANTONIO GAXIOLA TIRADO JOSE RICARDO AVELAR RIVAS
La intensidad de polarización (IB) se define como el valor medio de las intensidades de entrada por la entrada inversora (IBn) y no inversora (IBp):
Voltaje de desvio de entrada (Vio).
En un amplificador operacional ideal cuando se cortocircuitan la entradas, la salida se anula. En un amplificador operacional real, para que la salida se anule es necesario aplicar entre las entradas una cierta pequeña tensión que se denomina offset de voltaje de entrada. El voltaje de offset de entrada (Vio) es la entrada diferencial que hay que aplicar al amplificador operacional para que el voltaje de salida sea cero. Ganancia en lazo abierto (AOL). La ganancia de lazo abierto es la cantidad de veces que el voltaje diferencial de entrada es amplificado, en la región lineal del amplificador operacional. Esta ganancia es aquella que tiene el amplificador operacional cuando no existe ningún camino de realimentación entre la salida y alguna de las dos entradas.
Características dinámicas. Producto de ganancia por ancho de banda. Es el producto de la ganancia en lazo abierto disponible y el ancho de banda a una frecuencia específica. En gran parte de los AO (compensados internamente en frecuencia) cuya respuesta en frecuencia cae con una pendiente de 20 dB/dec, el GBP se considera constante. Este parámetro está ligado con el concepto de frecuencia a ganancia unidad (ft) y en algunos casos son la misma cosa. Velocidad del voltaje de salida (Slew Rate). El amplificador práctico tiene una respuesta que depende de la frecuencia, pues la respuesta debida a un escalón no es un escalón ideal. Si se trata de llevar la salida entre dos extremos, la respuesta del amplificador no es instantánea. La velocidad que toma la salida en ir desde un extremo a otro es la que se conoce como razón de cambio o slew rate y está medida en V/ms.
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JORGE ANTONIO GAXIOLA TIRADO JOSE RICARDO AVELAR RIVAS
MATERIAL Y EQUIPO
Protoboard.
Generador de funciones.
Osciloscopio.
Multímetro.
Un capacitor de 470pF.
resistencia de 1MΩ, 10kΩ,1kΩ,47Ω,4.7kΩ, 99kΩ,100Ω.
Un LM741.
Fuente de voltaje DC.
DISEÑO
Para la medición de la corriente de polarización de la entrada.
Realizar el siguiente circuito:
IB, se calcula como:
Para la medición del voltaje de desvío de entrada.
El circuito para medir el voltaje de desvío de entrad se trata de un amplificador no inversor con entrada cero. El resistor de 47Ω en la entrada no inversora tiene el propósito de cancelar el efecto de las corrientes de polarización de entrada.
Vio se calcula como:
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Para la medición de la ganancia a lazo abierto.
El circuito para medirla, se trata básicamente de un amplificador inversor de
ganancia unitaria. Se incorpora un divisor de tensión con el factor 0.01 formado
por los resistores de 99K y 1kK, esto con el fin de que el Vx sea 100 veces más
grande que Vy y pueda ser medido más fácilmente.
Para la medición del producto de la ganancia por ancho de banda.
En el siguiente circuito de debe incrementar la ganancia de una señal de entrada
desde 1kHz hasta encontrar el punto donde la ganancia sea 70.71, llamese a esta
frecuencia fc(ancho de banda). El valor buscado es entonces:
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Para la medición de la velocidad del voltaje de salida.
SIMULACIONES
Para la medición de la corriente de polarización de la entrada.
Realizar el siguiente circuito:
IB, se calcula como:
Para la medición del voltaje de desvío de entrada.
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Vio se calcula como:
Para la medición de la ganancia a lazo abierto.
Para la medición del producto de la ganancia por ancho de banda.
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Para la medición de la velocidad del voltaje de salida.
DESARROLLO PRÁCTICO
1) Previo a realizar las mediciones en las configuraciones se realizó una
revisión a todo el equipo que se utilizó, para comprobar que estuviera en buen estado y los resultados que se mostraran fueran correctos.
2) Después hicimos una revisión de las conexiones de las configuraciones lineales corroborando que todo estuviera bien conectado.
3) Se realizaron las mediciones en cada una de las configuraciones para medir características.
Para la medición de la corriente de polarización de la entrada.
1.- Medir el voltaje de salida en DC(Vo)
2.- Calcular la corriente IB:
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Para la medición del voltaje de desvío de entrada.
1.- Medir el voltaje de salida en DC(Vo)
2.- Calcular la corriente Vio:
Para la medición de la ganancia a lazo abierto.
1.- aplicar un voltaje de entrada de
10Vp con una frecuencia de 4kHz.
2.- medir la amplitud pico-pico de Vo y
Vx.
3.- calcular la ganancia a lazo abierto
como:
Para la medición del producto de la ganancia por ancho de banda.
En el siguiente circuito de debe incrementar la ganancia de una señal de entrada
desde 1kHz hasta encontrar el punto donde la ganancia sea 70.71, llamese a esta
frecuencia fc(ancho de banda). El valor buscado es entonces:
Para la medición de la velocidad del voltaje de salida.
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JORGE ANTONIO GAXIOLA TIRADO JOSE RICARDO AVELAR RIVAS
MEDICIONES Y RESULTADOS
Aquí no se puede establecer una relación de error con respecto a los cálculos ya que, son valores típicos y varía de amplificador a amplificador, por lo que se presenta una tabla comparativa:
Característica eléctrica
Hoja de datos Medición Condición
Mínima Típica Máxima Corriente de
polarización de la entrada inversora.
- 20nA 200nA 118nA Dentro de rango.
Voltaje de desvio de entrada.
- 1mV 6mV 3.36mV Dentro de rango.
Ganancia a lazo abierto.
25dB - 100dB 32dB Dentro de rango.
Producto de la ganancia por ancho
de banda.
- 1.5MHz - 1.1MHz Aceptable.
Velocidad del voltaje de salida.
- 0.5V/ms - 0.32V/ms Aceptable.
CONCLUSIONES
Pues gracias a esta interesante practica pudimos observar y comprobar algunos de los parámetros del amplificador operacional que vimos durante las clases teóricas, esto nos sirve para poder comprender mejor estos parámetros, ya que llevándolas a la práctica se puede dar un mejor aprendizaje por parte del alumno. También se observo que como toda cosa real siempre hay pérdidas y no se puede comprobar algunos parámetros vistos en clase en forma ideal.
FUENTES CONSULTADAS
http://www.iniciativapopular.udg.mx/muralmta/mrojas/cursos/elect/labII/12.pdf http://www.ctr.unican.es/asignaturas/instrumentacion_5_IT/IEC_2.pdf
