Amplificadores Operacionales

Antes de empezar esta actividad debemos conocer el uso del Amplificador operacional y ver sus características.

Al comenzar debemos tener algunos conocimientos teóricos sobre los A.O (amplificadores operacionales).

Este es un circuito integrado que tiene dos entradas y una salida, siendo la salida la diferencia de las dos entradas multiplicadas por la Ganancia.

Vo = G.[(+V)−(-V)]

Su implementación por ejemplo es en las calculadores analógicas donde los A.O realizarán cuentas de suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.

Los A.O tiene varias configuraciones, nosotros veremos las más básicas que son Amplificador Inversor, No inversor y Buffer.

La práctica se realizará siguiendo el siguiente circuito, utilizando un LM741

Amplificador Inversor

La entrada no inversora está a tierra. Por tanto, la tensión en R2 vale vout, y la tensión en R1 vale vin, y por tanto la ganancia vale:

Av = -vout / vin = -R2 / R1

El signo menos por ser la señal invertida en fase.

La impedancia de entrada Zin vale R1, puesto que como dijimos, A está puesto a tierra a efectos prácticos. La impedancia de salida Zout vale una fracción de ohm.

V1 = V2; V2 = 0

I= Vi / R1 = -Vo / R2

Av= Vo / Vi = - R2 / R1

En el armado del circuito tener en cuenta:

  A) No invertir la polaridad de la fuente, ya que el A.O se quemara

  B) Respetar la polaridad de los capacitores, los cerámicos se utilizarán para reducir la impedancia de entrada de la fuente en altas frecuencias y asi evitar deformaciones en la señales.

Los leds son prescindibles ya que solo indicará que el circuito esta alimentado.

Luego de realizar el circuito, mediremos los puntos máximos y mínimos del divisor resistivo, por lo que sacaremos y realizaremos las mediciones.

Los valores que sacamos fueron:

Vmáx: 2V

Vmín: -2V

Luego de realizar esta medición conectaremos la entrada Vs a GND para comprobar que el valor este cerca de los cero Volts.

Luego realizaremos una serie de mediciones variando el potenciómetro tomando 5 valores de VS positivos y 5 valores de VS negativos.

VS	VO
1,9	-9,4
1,5	-9,4
1	-9,4
0,7	-9,4
0,3	-4,5
0	0
-0,3	5,1
-0,7	9,5
-1	9,5
-1,5	10,8
-1,9	10,8

Comportamiento en alterna

Ahora desconectaremos el puente J1 y le inyectaremos a una señal senoidal a Vs de 1KHZ, con un tensión menor a los 400mV pico a pico, mostrando la entrada y la salida.

Ahora aumentamos la tensión de entrada hasta los límites máximos y mínimos operativos y vimos que si disminuimos la tensión la señal se recorta

Aumentando la frecuencia del generador vimos que el cociente de R2/R1 deja de responder

Posteriormente cambiamos el LM741 por el TL081 y no notamos una diferencia en cuanto a la amplificación.

Aumentando la ganancia de la entrada vimos que varía en función de la misma, y no depende del amplificador usado.

Amplificador no inversor y Buffer

Luego de realizar el circuito anterior, realizaremos este circuito:

No Inversor

-Vin=Vin
R1 y R2 forman un divisor de tensión, cuya entrada es vout y la salida del divisor es –vin.

O sea:

-Vin = Vin = Vout R1 / (R1+R2)

Ganancia = Av = Vout/Vin = 1+R2/R1

La impedancia de entrada Zin es muy elevada, mientras que la impedancia de salida Zout vale unas décimas de ohm. La señal de salida está en fase con la entrada por ser inyectada por la entrada no inversora.

Ahora realizaremos distintas mediciones inyectando una señal senoidal de 1kHZ variando sus amplitudes.

   

 

Luego lo llevamos al límite del recorte, donde la señal se deformaba

Ganancia Teórica: Vs.(R1+R2)/R2 : 1,06

El A.O se dice que tiene una resistencia de entrada mucho veces superior, por lo que para comprobar que esto era cierto conectamos un Potenciómetro en la entrada y medimos la tensión que caía sobre este, esta era muy baja por lo que toda la tensión caía sobre la entrada.

BUFFER:

Se trata de un amplificador no inversor cuya resistencia R1 vale infinito y R2 vale cero.
Tiene una impedancia de entrada Zin muy elevada, y una impedancia de salida Zout muy pequeña. Por este motivo se utiliza principalmente para aislar dos circuitos, de manera que el segundo no resulte una carga para el primero, pues la impedancia vista será la altísima Zin del operacional. En este caso se dice que U1 sirve para “adaptar impedancias”.
Existen operacionales especiales para utilizarlos como buffers, como el LM310 o el OPA633.

Esto Buffer puede servir para adaptar impedancias, ya que tiene una impedancia de entrada muy alta y una de salida muy pequeña.

Al retirar el resistor R1 y hacer un cortocircuito entre los terminales del resistor R2 vimos que se convertía en un Buffer