T.P. Nº 5 Amplificadores Operacionales

Teoría:

Un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O. u op-amp), es un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):

Vout = G·(V+ − V−).

El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero.

Los terminales son:

V+: entrada no inversora

V-: entrada inversora

VOUT: salida

VS+: alimentación positiva

VS-: alimentación negativa

Los terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O. basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT son VCC y VEE.

Normalmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos por claridad.

Comparador:

Esta es una aplicación sin la retroalimentación. Compara entre las dos entradas y saca una salida en función de qué entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lógicos.

Seguidor:

Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la entrada.

Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa)

Como la tensión en las dos patillas de entradas es igual: Vout = Vin

Zin = ∞

Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadísima, la de salida prácticamente nula, y puede ser útil, por ejemplo, para poder leer la tensión de un sensor con una intensidad muy pequeña que no afecte apenas a la medición. De hecho, es un circuito muy recomendado para realizar medidas de tensión lo más exactas posibles, pues al medir la tensión del sensor, la corriente pasa tanto por el sensor como por el voltímetro y la tensión a la entrada del voltímetro dependerá de la relación entre la resistencia del voltímetro y la resistencia del resto del conjunto formado por sensor, cableado y conexiones.

Por ejemplo, si la resistencia interna del voltímetro es Re (entrada del amplificador), la resistencia de la línea de cableado es Rl y la resistencia interna del sensor es Rg, entonces la relación entre la tensión medida por el voltímetro (Ve) y la tensión generada por el sensor (Vg) será la correspondiente a este divisor de tensión:

Por ello, si la resistencia de entrada del amplificador es mucho mayor que la del resto del conjunto, la tensión a la entrada del amplificador será prácticamente la misma que la generada por el sensor y se podrá despreciar la caída de tensión en el sensor y el cableado.

Además, cuanto mayor sea la intensidad que circula por el sensor, mayor será el calentamiento del sensor y del resto del circuito por efecto Joule, lo cual puede afectar a la relación entre la tensión generada por el sensor y la magnitud medida.

Inversor:

Se denomina inversor ya que la señal de salida es igual a la señal de entrada (en forma) pero con la fase invertida 180 grados.

Por lo cual podemos controlar la impedancia de entrada mediante la elección de Rin.

Esta configuración es una de las más importantes, porque gracias a esta configuración, se puede elaborar otras configuraciones, como la configuración del derivador, integrador, sumador. En sistemas microelectrónicos se puede utilizar como buffer, poniendo 2 en cascada.

No Inversor :

Como observamos, el voltaje de entrada, ingresa por el pin positivo, pero como conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo, conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular, la relación que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeño divisor de tensión.


Práctica:
1) Circuito armado de forma correcta.

2)

3)

4)Ayuda a disminuir la tensión, pero no la anula.

5)Para anular el offset calculamos el valor de la resistencia.Pero a la salida siguio habiendo tension cercana a 0 en la escala de los mV de modo a que no pudimos anular el offset.

Al colocar esta resistencia no afectamos la ganancia del circuito ya que es una correccion para el offset y depende de la R de arealimentacion.

6)

Se verifico el correcto funcionamiento.La fase de señal de entrada es opuesta a la salida.
150K = 15                   800K  = 16  

10K                              50mV

La ganancia se mantiene constante aunque calibremos la F en 1Khz.
7)No existe variación reemplazando el Lm 741 por el TL 081.
8)Cuando variamos la frecuencia de entrada, hasta llegar al valor aproximado de los 100KHz, observamos que la ganancia disminuye significativamente, hasta llegar a 0.70 con 1MHz.

9)La resistencia interna del cuadripolo es equivalente a 8KΩ aproximadamente.
10)El circuito tiene una tension de entrada de aproximadamente 0.5v.

11)

Vo = 20,2Vpp

     Vi = 968mV

     G = 20.868

     GdB = 26.89dB

12)

Conclusiones del T.P. :

En esta practica podemos observar el comportamiento del CI  LM 741 que trabaja exactamente igual que el TL 081 para esta practica.
Para frecuencias bajas el uso del CI lm 741 es de mucha eficiencia,son amplificadores operacionales de propósito general y se lo suele utilizar mas que el TL 081 ya que este responde a mejor a frecuencias donde el 741 no es tan eficiente este seria un punto notable de distincion que en la practica del amplificador operacional real no podemos observar ya que lo trabajamos en frecuencias donde los dos operen con buen funcionamiento y no haya variaciones entre ambos integrados.

Tambien trabajamos con una tension llamada particularmente como offsset producida por distintas diferencias entre los componentes internos del amplificador.
Tambien observamos que la ganacia no depende solo de la resistencia en la realimentacion y en el terminal del A.O. sino que esta misma varia con la frecuencia de entrada.
 

T.P. Nº 4 Monoestables

Teoría:

El monoestable es un circuito multivibrador que realiza una función secuencial consistente en que al recibir una excitación exterior, cambia de estado y se mantiene en él durante un periodo que viene determinado por una constante de tiempo. Transcurrido dicho período, la salida del monoestable vuelve a su estado original. Por tanto, tiene un estado estable (de aquí su nombre) y un estado casi estable.

En este caso el circuito entrega a su salida un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador.

Descripción de las terminales del Temporizador 555

Pines del 555.

    * GND (normalmente la 1): es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra.

    * Disparo (normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.

    * Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que esté conectado como monoestable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla de reset (normalmente la 4).

    * Reset (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee".

    * Control de voltaje (normalmente la 5): Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). Así es posible modificar los tiempos en que la salida está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por las resistencias y condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado a la patilla de control de voltaje puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en la configuración monoestable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01μF para evitar las interferencias.

    * Umbral (normalmente la 6): Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo.

    * Descarga (normalmente la 7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento.

    * V+ (normalmente la 8): También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 18 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios.

Práctica:
1) T = 5seg y C = 100 uF
Ra = 44.7 kOhm.
Valor Comercial a utilizar = 47 kOhm.

2)Se verifico su correcto funcionamiento.



3)

4)Circuito Esquemático del sistema monoestable:

Conclusiones:
En esta práctica podemos observar el funcionamiento del circuito integrado lm 555 como un sistema monoestable.
En principio podemos apreciar su funcionamiento como circuito temporizador y podemos observar sus distintas estabilidad de sus parámetros.
El tiempo de retardo del circuito es de aproximadamente 5seg. y este no depende de cuanto tiempo mantengamos apretado el pulsador ya que el tiempo de retardo lo va a imponer el circuito monoestable es decir no va a variar de los 5 seg.

                                                                                      

T. P. Nº 3 Astables

Teoría:
C. I. LM555:

Características

•   Reemplazo directo para SE555/NE555

•   El tiempo de microsegundos a través de horas

•   Funciona tanto en modo astable y monoestable

•   Ajustable ciclo de trabajo

•   La salida puede fuente o sumidero de 200 mA

•   La producción y el suministro compatibles TTL

•   Estabilidad de temperatura mejor que el 0,005% por ° C

•   Normalmente en general y de salida

•   Disponible en paquete de 8 pines MSOP

 Descripción

 El LM555 es un dispositivo altamente estable para generar retrasos precisa tiempo u oscilación.  Terminales adicionales se proporcionan para activar o reajuste si lo desea.  En el modo de retraso de tiempo de operación, el tiempo es, precisamente, controlado por una resistencia externa y el condensador.  Para la operación astable como oscilador, la frecuencia de funcionamiento libre y ciclo de trabajo son controlados con precisión con dos resistencias externas y un condensador.  El circuito puede ser activado y puesto de las formas de onda de la caída, y el circuito de salida de la fuente puede o hundirse hasta 200mA o unidad de circuitos TTL.

 Aplicaciones

•   Precisión de tiempo

•   Generación de pulsos

•   Sincronización secuencial

•   Tiempo de generación de retraso

•   Modulación de anchura de pulso

•   Modulación de posición
•   Generador de rampa lineal.

C.I. LM555

Práctica:

1)-

Cálculo de Ra

Cálculo de Rb

2)Se verifico su correcto funcionamiento

3)Frecuencia de oscilacion: 1. 044 khz
4)Ciclo de trabajo 43%
5)Hay dieferencia pero no se pudo alcanzar a apreciar el valor.
6)

7)1Hz: Ra = 2,7KΩ
            Rb = 5,6KΩ
            C = 100μF
     10Hz: Ra = 2,7KΩ

               Rb = 5,6KΩ

               C = 10μF

     100Hz: Ra = 2,7KΩ

                 Rb = 5,6KΩ

                 C = 1μF

     10KHz: Ra = 2,7KΩ

                  Rb = 5,6KΩ

                  C = 0,010μF

8)

9)

El oscilador Meissner

Como hemos visto hay muchos tipos de osciladores y cada uno suele llevar el nombre de quien lo diseñó. Comenzaremos con el oscilador Meissner que está compuesto por un circuito oscilante LC, una etapa amplificadora y una realimentación positiva. Una de las características de este oscilador es que la realimentación se produce por medio de un acoplo inductivo, es decir, entre una bobina auxiliar y la bobina que compone el circuito tanque. En estos osciladores la oscilación desacoplada y amplificada debe ser introducida de nuevo en el circuito oscilante, y para conseguir que la oscilación que entró en un principio al circuito sea reforzada, la oscilación de la realimentación debe estar en fase con ella. Para conseguir este efecto tenemos que cuidar que los arrollamientos del transformador estén correctamente conectados porque, de lo contrario, no conseguiríamos ningún tipo de oscilación. Para que se produzca una frecuencia de oscilación estable hay que tener en cuenta todos los datos del transistor, es decir, cómo actúa frente a las diferentes tensiones, intensidades y con los cambios de temperatura. La etapa amplificadora del oscilador está formada por el transistor que, en esta clase de montajes, se coloca en base común. El circuito oscilante se conecta al colector. Existe otro tipo de oscilador muy parecido al de Meissner que se denomina oscilador de Armstrong.

El oscilador Hartley

La principal característica de estos circuitos osciladores es que no utilizan una bobina auxiliar para la realimentación, sino que aprovechan parte de la bobina del circuito tanque, dividiéndose ésta en dos mitades, L1 y L2. Colocamos dos resistencias para polarizar adecuadamente el transistor. Hay dos formas de alimentar al transistor: en serie y en paralelo. La alimentación serie se produce a través de la bobina, L2, circulando por ella una corriente continua. La alimentación en paralelo se efectúa a través de la resistencia del colector, quedando en este caso perfectamente aislados el componente de continua y el componente de alterna de señal. La reacción del circuito se obtiene a través de la fuerza electromotriz que se induce en la bobina, L1, y que se aplica a la base del transistor a través de un condensador. En estos circuitos la frecuencia de oscilación depende de la capacidad C y de las dos partes de la bobina, L1 y L2, del circuito oscilante. Según donde se coloque la toma intermedia de la bobina se va a producir una amplitud de tensión u otra; pudiendo llegar a conectarse o desconectarse el circuito.

El oscilador Colpitts

Este oscilador es bastante parecido al oscilador de Hartley. La principal diferencia se produce en la forma de compensar las pérdidas que aparecen en el circuito tanque y la realimentación, para lo cual se realiza una derivación de la capacidad total que forma el circuito resonante. Una parte de la corriente del circuito oscilante se aplica a la base del transistor a través de un condensador, aunque también se puede aplicar directamente. La tensión amplificada por el transistor es realimentada hasta el circuito oscilante a través del colector. Como en todos los circuitos que tengan transistores necesitamos conectar resistencias para polarizarlos. La tensión de reacción se obtiene de los extremos de uno de los condensadores conectados a la bobina en paralelo.

El oscilador en puente de Wien

Hasta ahora hemos visto los osciladores tipo LC, vamos a ver ahora un oscilador tipo RC, el denominado oscilador en puente de Wien. Cuando trabajemos en bajas frecuencias no vamos a poder usar los osciladores tipo LC, debido a que el tamaño de la bobina y de la resistencia tendrían que ser demasiado grandes y caros. Para sustituirlos vamos a usar una red desfasadora formada por RC, es decir, resistencias y condensadores, como es el caso del ya mencionado oscilador en puente de Wien. Está constituido por una etapa oscilante, dos etapas amplificadoras, formadas por dos transistores. El circuito está conectado en emisor común y al tener dos etapas en cascada la señal es desfasada 360º y después vuelve a ser realimentada al circuito puente. La señal de salida del segundo transistor se aplica al circuito puente constituido por dos resistencias y también es aplicada a la entrada del puente de Wien, que es el circuito oscilante formado por una resistencia y un condensador. La frecuencia de oscilación viene determinada por los valores de la resistencia y del condensador que forman el puente de Wien. Este tipo de circuitos presenta una gran estabilidad a la frecuencia de resonancia. A parte de ésta tiene como ventajas su fácil construcción, un gran margen de frecuencias en las que trabaja perfectamente y la posibilidad de obtención de una onda sinusoidal pura cuando tienen la suficiente ganancia como para mantener las oscilaciones. Dentro de sus inconvenientes podemos mencionar que se pueden producir pérdidas en las resistencias y una salida variable con la frecuencia de resonancia.

Conclusiones:

En esta práctica podemos apreciar el funcionamiento del integrado lm 555, lo cual nos demostro que lo que estudiamos en lo teoría se cumple en esta práctica, es decir, el comportamiento es de un sistema astable.
Tambien podemos apreciar en esta práctica que cuando empleamos el uso del led en el segundo circuito no podemos notar a simple vista su parpadeo cuando utilizamos una frecuencia muy elevado, en cambio todo lo contrario sucedia al bajar la frecuencia o mejor dicho el parpadeo era más lento y lo podemos apreciar.
Tambien comprobamos que variando los componentes utilizadas en la practica ( resistores, capacitores etc.) podemos alterar la frecuencia de oscilacion.
A valores menores de 5v se puede observar que la frecuencia varia.
El dispositivo 555 es un circuito integrado muy estable cuya función primordial es la de producir pulsos de temporización con una gran precisión y que, además, puede funcionar como oscilador.