LABORATORIOS DE: DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO Y DE ENTRADA/SALIDA. MEMORIAS Y PERIFÉRICOS. PRÁCTICA #2 EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL OBJETIVO DE LA PRÁCTICA. Hacer la comprobación experimental de la función amplificadora y el control de ganancia del amplificador operacional más común. Comprobar experimentalmente la implementación de operadores matemáticos mediante la adición de componentes externos al amplificador operacional.

INTRODUCCIÓN. Un circuito integrado analógico que semeja en mucho las características de un amplificador de voltaje ideal (ganancia infinita, impedancia de entrada infinita e impedancia de salida cero), es el amplificador operacional. Siguiendo cierta metodología, se probarán algunas de las características que hacen al amplificador operacional tan utilizado en los sistemas electrónicos: su capacidad de amplificar señales y para realizar operaciones matemáticas, mediante la modificación de la forma de onda de las mismas. Lo anterior se logra agregando al amplificador operacional impedancias externas entre la salida y las entradas, y entre las entradas y las fuentes de señales. Así pues, se verá un circuito amplificador de ganancia fija, un circuito seguidor-acoplador de ganancia unitaria, un circuito integrador y un circuito derivador. Podemos observar en la figura 1, la configuración de terminales de dos de los amplificadores operacionales comerciales más empleados: el LM741 y el LM747, este último contiene dos amplificador operacional en el mismo encapsulado. El significado de las terminales se puede ver en la tabla adjunta.

Figura 1. Descripción del amplificador operacional: a) 741 normal, b) 741 encapsulado metálico, c) 747 con doble amplificador operacional.

DESARROLLO. Con ayuda del osciloscopio en acoplo c.d., ajuste las fuentes de voltaje a +10 y –10 V. Arme cuidadosamente el circuito de la figura 2, conectando las fuentes de voltaje de corriente directa, en las terminales V+ y V-, respectivamente. Conecte y ajuste el generador de funciones Vi(t) para obtener una señal senoidal Vi(t)= 250 sen (wt) (500 mVpp), con una frecuencia de 1 Khz.

i)

Figura 2. Amplificador de ganancia fija (inversor).

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Observe y dibuje las señales Vi(t) y Vs(t), vistas en el osciloscopio, poniendo especial atención en su amplitud y fase. ¿Se cumple la función de transferencia de Vs( t )?.

ii)

Ahora, arme el circuito seguidor-acoplador de la figura 3, observe que la entrada es no inversora y que la salida está directamente conectada a la entrada inversora del A.O., lo que nos proporciona una ganancia unitaria y en fase con el arreglo. Ajuste el generador de funciones para obtener Vi 250 sen(wt) mV en la entrada no inversora del A.O.

Figura 3. Circuito seguidor-acoplador

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Observe las señales Vi(t) y Vs(t) en el osciloscopio, compárelas y dibújelas, anotando su amplitud y fase. ¿Para qué servirá esta configuración del amplificador?

iii)

Arme el circuito integrador mostrado en la figura 4, ajuste y conecte, el generador de funciones, a una señal senoidal de 500 mVpp y una frecuencia de 1 Khz. IMPORTANTE: Es necesario que la señal Vi(t) no contenga componente de c.d. (descentramiento, offset), ya que el circuito de la figura 4 amplifica la c.d. por un factor de más de 1x105, induciendo errores graves.

Figura 4. Circuito integrador.

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Observe y dibuje las señales Vi(t) y Vs(t). Cambie la señal de entrada Vi(t) por una señal cuadrada de 500 mVpp (sin descentramiento) y una frecuencia de 1 Khz. Observe y dibuje Vi(t) y Vs(t). Ponga ahora en Vi(t) una señal triangular de 500 mVpp y 1 Khz. Observe y dibuje Vi(t) y Vs(t). Ahora sustituya el capacitor de 0.01 F, primero por uno de 0.1 F y después por el de 0.001 F, y observe y dibuje lo que sucede con la señal Vs(t) compare contra sus resultados anteriores y haga comentarios al respecto.

iv)

Arme el circuito derivador de la figura 5. Observe que, comparándolo con el circuito integrador, este circuito tiene invertidas las posiciones del capacitor y la resistencia.

Figura 5. Circuito derivador.

- Con una señal de entrada Vi(t) = 250 sen (wt) mV y 1 Khz, Observe, compare y dibuje las señales Vi(t) y Vs(t). Cambie la señal de entrada Vi(t) por una señal cuadrada de 500 mVpp (sin descentramiento) y una frecuencia de 1 Khz. Observe y dibuje Vi(t) y Vs(t). Ponga ahora en Vi(t) una señal triangular de 500 mVpp y 1 Khz. Observe y dibuje Vi(t) y Vs(t) vistas en el osciloscopio. Ahora sustituya el capacitor de 0.01 F primero por uno de 0.1 F y después por el de 0.001 F, y observe lo que sucede con la señal V(s) compare contra sus resultados anteriores

y haga comentarios al respecto.

MATERIAL. 1 Capacitor electrolítico de 0.01 F, uno de 0.001 F y uno de 0.1 F, a cualquier voltaje. 1 CI. 741 (AO) o equivalente. 1 Resistencia 15 KΩ, ½ watt. 1 Resistencia 150 KΩ, ½ watt.