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8/16/2019 experiencia lab. electronica n°5 (desarrollo)
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experiencia N°5: Circuitos con amplificadores operacionales
FElipe barrera ; francisco cortes
Profesor Guía Tureo Arratia Carla ind!"
RESUMEN
En el presente informe se encuentran los datos te#ricos " pr$cticos relacionados a la primera experiencia de laboratorio de electr#nica del primer semestre del a%o &'()* dic!aacti+idad es proporcionada por la escuela de in,eniería el-ctrica* a car,o de la profesoraCarla Tureo Arratia.
El fin de esta /uinta acti+idad es +ol+er a relacionar a los alumnos con losdenominados circuitos con amplificadores operacionales " efectuar los c$lculos te#rico pr$cticos para corroborar conocimientos pre+ios obtenidos en cursos anteriores.
Srta
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ÍNDICE
0E12EN (
3N4CE &NT0642CC7N 8CAP3T296 ( (F2N4AENT61 TE60C61 ((.( El 4iodo ((.& 0ectificador de 6nda Completa ((.8 Amplificadores operacionales &(. 0etroalimentaci#n ne,ati+a (..( Confi,uraciones (.5 0etroalimentaci#n positi+a (.5.( Confi,uraciones
CAP3T296 & ('4E1A006996 ACT
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INTRODUCCIÓN
En el presente informe se interiori>aran los detalles sobre los fundamentos te#ricosde los circuitos con amplificadores operacionales. Estos elementos fueron empleados enla experiencia N°5 de laboratorio de electr#nica dictado en el primer semestre de &'() acar,o de la profesora Carla Tureo Arratia.
El amplificador operacional * es un amplificador de acoplamiento directo de alta,anancia * /ue mediante el uso de una red de realimentaci#n puede controlar en formamas eficiente la ,anancia .Es mu" +ers$til " eficiente * permite reali>ar aplicaciones tantolineales como no lineales las /ue inclu"en $reas de instrumentaci#n electr#nica *circuitosde interfa> * electr#nica industrial * computaci#n anal#,ica " otras aplicaciones especiales.4entro de los usos específicos del amplificador operacional se tienen: amplificadores decorriente continua " corriente alterna * comparadores * osciladores * multi+ibradores *filtros acti+os * amplificadores de instrumentaci#n * transmitters " acondicionadores dese%al etc. A continuaci#n se presenta un experimento en base a la aplicaci#n delfuncionamiento de los circuitos amplificadores operacionales antes mencionados*tratando de explicar* mostrar " e?emplificar de la me?or forma posible las formas defuncionamiento para los cuales se confi,uran sus topolo,ías de circuitos* tratando deabarcar de la forma m$s clara posible los aspectos cla+es con respecto a su uso en susdi+ersas formas de aplicaci#n deri+antes.
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CAPÍTULO 1
FUNDAMENTOS TEORICOS
(.( El 4iodo
El diodo es un elemento semi@conductor constituido por dos ?unturas las cuales sondopadas el-ctricamente una de tipo P en su c$todo " otra de tipo N en su $nodo * dic!odispositi+o posee una cur+a característica* la cual no es una línea recta* debido a esta propiedad al diodo se le es denominado como Elemento No 9ineal # 4ispositi+o No9ineal* " este es el ,ran problema de los diodos* "a /ue es mu" difícil traba?ar en mallascon ellos debido a /ue sus ecuaciones son bastante comple?as describiendo así la ecuaci#nmatem$tica /ue describe a esta cur+a es:
B
Fi,. (.(.(
En la practica se lo,ro establecer aproximaciones de modo /ue en polari>aci#ndirecta* presenta una caída de tensi#n i,ual '. < mientras /ue la corriente lo,ra aumentar considerablemente* conduciendo a ele+ados ni+eles de corrientes atre+es del diodo.4ebido a estas corrientes ,randes el diodo podría romperse* por eso !a" /ue tenercuidado con dic!as corrientes no superen los ni+eles dados por el fabricante.
(.( 0ectificador de 6nda Completa
El rectificador de onda completa emplea el uso de ambos semi@cilos para entre,ar+olta?e a la car,a por lo tanto* se emplean dos diodos de los cuales uno de ellos
funcionara exclusi+amente en el semi@ciclo positi+o mientras* /ue el se,undo conducir$en el semi@ciclo ne,ati+o " con ello obtendremos corriente en la car,a rectifica en ambossemi@ciclos por lo /ue la tensi#n de inter-s ser$ medida en la car,a 0 " obtendr$ otras propiedades a la tensi#n aplicada en la car,a* como la frecuencia de onda ser$ el doble dela frecuencia de entrada.
a 0ectificador tipo puente
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&
El rectificador tipo puente emplea de diodos en +e> de &* lo,rando /ue con estedise%o se elimina la necesidad de la conexi#n intermedia del secundario deltransformador. 9a +enta?a de no usar dic!a conexi#n es /ue la tensi#n en la car,arectificada es el doble /ue la /ue se obtendría con el rectificador de onda completa con &
diodos. El funcionamiento de estos diodos es mu" similar al rectificador de media ondalos diodos (" 8 conducen en el semi@ciclo positi+o " los diodos & " en el semi@ciclone,ati+o lo,rando la rectificaci#n en la car,a. 9a diferencia m$s importante es /ue latensi#n in+ersa /ue tienen /ue soportar los diodos es la mitad de la /ue tienen /uesoportar los diodos en un rectificador de onda completa con & diodos* con lo /ue sereduce el coste del circuito.
Fi,.(.&.(
Fi,.(.&.&
Fi,.(.&.8
Fi,.(.&.
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(.& Amplificadores operacionales
2n amplificador operacional es un blo/ue con terminales de entrada " salida * elcual re/uiere fuentes de alimentaci#n positi+as " ne,ati+as para su operaci#n permitiendo
una salida con una cierta ,anancia limitada por sus fuentes de alimentaci#n la cualdetermina sus m$ximos " mínimos traspasos de ener,ía.
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9a cur+a a* +olta?e* etc. proporcional a la salida o resultado del sistema* de forma /ue sein+ierte la direcci#n del cambio de la salida. Esto tiende a estabili>ar la salida* procurando/ue se manten,a en condiciones constantes.
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(.8.( Confi,uraciones
a 1e,uidor: 1e usa como un buffer * para eliminar efectos de car,a o paraadaptar impedancias conectar un dispositi+o con ,ran impedancia a otro con
ba?a impedancia " +ice+ersa.
Fi,.(..(.(
b n+ersor : 9a se%al de salida es i,ual a la se%al de entrada en forma
multiplicada por una constante " de si,no contrario fase in+ertida (J',rados.
Fi,.(..(.&
c n+ersor sumador : 1u salida es proporcional a la suma* ponderada o no* delos +alores de entrada.
Fi,.(..(.8
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d n+ersor 0estador: 9a salida es proporcional a la resta de las entradas.Tambi-n es llamado amplificador diferencial.
Fi,.(..(.
e No in+ersor: Amplifica la se%al de entrada multiplic$ndola por una constante.
Fi,.(..(.5
f 4iferencial :Es un circuito /ue no se suele usar en la pr$ctica "a /ue no esestable. Esto se debe a /ue al amplificar m$s las se%ales de alta frecuencia setermina amplificando muc!o el ruido.
Fi,.(..(.)
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, nte,rador: El inte,rador no se usa en la pr$ctica de forma discreta "a /uecual/uier se%al pe/ue%a de 4C en la entrada puede ser acumulada en elcondensador !asta saturarlo por completo. Este circuito se usa de formacombinada en sistemas retroalimentados /ue son modelos basados en
+ariables de estado +alores /ue definen el estado actual del sistema donde elinte,rador conser+a una +ariable de estado en el +olta?e de su condensador.
Fi,.(..(.
(. 0etroalimentaci#n positi+a
Es una realimentaci#n en la cual el sistema responde en la misma direcci#n /ue la perturbaci#n* dando por resultado la amplificaci#n de la se%al ori,inal en +e> deestabili>ar la se%al.
(..( Confi,uraciones
a Comparador
Fi,.(.5.(.(
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J
b Comparador no in+ersor
Fi,.(.5.(.&
c Comparador in+ersor
Fi,.(.5.(.8
d Comparador con referencia
Fi,.(.5.(.
e Comparador con referencia ne,ati+a
Fi,.(.5.(.5
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K
f Comparador de !ist-resis
Fi,.(.5.(.)
, Comparador con !ist-resis con umbral
Fi,.(.5.(.
! Comparador con !ist-resis no in+ersor
Fi,.(.5.(.J
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CAPÍTULO 2
DESARROLLO ACTIVAD DE LABORATORIO
&.(.( Acti+idad de 9aboratorio
En esta ocasi#n la acti+idad de laboratorio consiste fundamentalmente en ,eneraruna se%al con forma de diente de sierra* para representa la primera etapa del procedimiento /ue produce el disparo de un tiristor* mediante el empleo de di+ersoselementos el-ctricos " electr#nicos indicados a continuaci#n.
( Puente rectificador de onda completa& Circuitos nte,rador 9(CN( Capacitor de '.(LuFM& 0esistores de &&''L6!mM& 0esistores de (L6!mM( 0esistor de ('L6!mM( 0esistor de (''L6!mM( 0esistor de 5)Lo!mM& 4iodos de la serie (N(J( Transformador de punto medio de &&'L
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((
&.(.& 4esarrollo Experimento
Para comen>ar se ener,i># el transformador para +erificar la forma de onda /ue,enera " se obtu+o la si,uiente se%al
Fi,.&.(.&.(
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(&
2na +e> reconocida la se%al se comen># el ensambla?e del circuito en la tabla deconexiones* en primer lu,ar se conect# el rectificador electr#nico de onda completa "tambi-n se +erifico su buen funcionamiento al obser+ar esta forma de onda:
Fi,ura. &.(.&.&
9ue,o es el turno de conectar de forma apropiada el circuito inte,rado 9555*si,uiendo la conexi#n anteriormente expuesta se tiene especial cuidado "a /ue el 955representa el amplificador operacional A( " A& en el es/uema principal* para tener una+isi#n m$s clara la si,uiente ima,en:
Fi,ura &.(.&.8
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Así se aclara la funci#n de Amplificador operacional del circuito inte,radoLM741CN.
Para alimentar los circuitos inte,rados se conectar a la fuente de +olta?e constantea?ustada a (5L
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CONCLUSIÓN
En esta experiencia se ocuparon bastantes elementos el-ctricos " electr#nicos loscuales son de uso a ,ran escala en la industria del $rea el-ctrica como son los diodoscapacitores* transformadores* puentes rectificadores " circuitos inte,rados* los /ueempleados en un conexionado #ptimo " efecti+o ,eneran resultados mu" satisfactorios.
Para este caso se obtu+o una se%al de onda del tipo diente de cierra producto del buen empleo de estos dispositi+os* lo /ue a ,randes ras,os compone una de las etapas /ueforma la secuencia necesaria para el disparo de un tiristor.
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