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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Universidad del Zulia
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
Departamento: Electrónica y Comunicaciones
Cátedra: Electrónica Analógica
Asignatura: Proyecto de Electrónica Analógica
Informe Práctica No. 3
Generador de señales con OPAMP
Nº Apellido, Nombre C.I.V Correo1 Angulo, Darwin 18.833.473 [email protected]
2 Olaves, José 19.549.450 [email protected]
3 Rojas, Danny 18.873.404 [email protected]
Maracaibo, Edo. Zulia 2010
OBJETIVOS
Diseñar y construir un generador de señales con amplificadores operacionales
cuya señal de salida sea una onda cuadrada.
Diseñar y construir un generador de señales con amplificadores operacionales
cuya señal de salida sea una onda triangular.
Diseñar y construir un generador de señales con amplificadores operacionales
cuya señal de salida sea una onda senoidal.
Establecer las señales de forma que estas tengan la misma amplitud o cercana.
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
Amplificadores Operacionales LM741N
Resistores (33KΩ, 56KΩ, 10KΩ, 1.23KΩ, 22Ω, 81.5KΩ)
Capacitores (100µF y 2.2µF)
Diodos 1N4007
Osciloscopio
Fuente de alimentación DC a 12
Conductores para las conexiones
Osciloscopio de dos canales
Puntas de prueba para la medición con el osciloscopio
Protoboard
Software de simulación para el ensayo y prueba de las mediciones a realizar
en el laboratorio, se recomienda Circuit Maker, Multisim, Livewire entre
otros.
Amplificador Operacional
Básicamente el Amplificador Operacional es un dispositivo amplificador de la
diferencia de sus dos entradas, con una alta ganancia, una impedancia de entrada muy alta,
(mayor a 1 Mega ohm) y una baja impedancia de salida (de 8 a 20 ohmios).
Con estas características se deduce que las corrientes de entrada son prácticamente nulas
y que tiene la característica de poder entregar corriente relativamente alta.
El terminal + es el terminal no inversor
El terminal - es el terminal inversor
Figura 1. Representación de un amplificador operacional
Para saber cuál es el pin 1, se ubica una muesca entre los pines 1 y 8, siendo el
# 1 el pin que está a la izquierda de la muesca cuando se pone el integrado como se
muestra en la figura 2.
Figura 2. Conexiones del Amplificador Operacional
La distribución de los terminales del Amplificador operacional en el Circuito
integrado DIP de 8 patillas es:
Pin 2: entrada inversora (-)
Pin 3: entrada no inversora (+)
Pin 6: salida (out)
Siendo los pines 4 y 7 los de polarización inversora y no inversora respectivamente, la
cual consiste en 2 fuentes en serie y unidas a tierra, lo adecuado es polarizar el amplificador
operacional con 2 fuentes de + y - 12 voltios ya que al aplicarle más voltaje pueden dañarse.
Figura 3. Polarización del Amplificador Operacional
Características del Amplificador Operacional
Elevada Zent
Baja Zsal
Polarización de fuente dual
Amplifica señales AC y DC
Circuito realimentado
Ganancia de voltaje y dependiente de elementos externos
Tierra virtual
Circuito Equivalente del Amplificador Operacional
El circuito equivalente de un amplificador operacional que se muestra en la figura 4
consiste en una impedancia de entrada Ri conectada entre las dos terminales V1 y V2. El
circuito de salida consiste en una fuente controlada de tensión AvVe en serie con una resistencia
de salida Ro conectada entre la terminal de salida y tierra. El símbolo usual del operacional es el
triangulo mostrado en la figura 4 donde se muestran las dos terminales marcadas una con el
signo "-" y otra con "+" y se les llaman terminales inversora y no inversora respectivamente. Es
común suponer que la ganancia es infinita y análogamente la impedancia de entrada Ri es
infinita también, además la impedancia de salida Ro es considerada cero, cuando estas
suposiciones son admitidas se dice que el amplificador es ideal.
Figura 4. Circuito equivalente del amplificador operacional
Osciladores
Un oscilador es un dispositivo capaz de convertir la energía de corriente
continua en corriente alterna a una determinada frecuencia. Tienen numerosas
aplicaciones: generadores de frecuencias de radio y de televisión, osciladores locales en
los receptores, generadores de barrido en los tubos de rayos catódicos, etc.
Figura 5. Ondas eléctricas más usadas
Onda sinusoidal
Onda cuadrada
Onda tipo diente de sierra
La mayoría de los equipos electrónicos utiliza para su funcionamiento señales
eléctricas de uno de estos tres tipos: ondas sinusoidales, ondas cuadradas y ondas tipo
diente de sierra. Los osciladores son circuitos electrónicos generalmente alimentados
con corriente continua capaces de producir ondas sinusoidales con una determinada
frecuencia. Existe una gran variedad de tipos de osciladores que, por lo general, se
conocen por el nombre de su creador. Igualmente, los multivibradores son circuitos
electrónicos que producen ondas cuadradas. Este tipo de dispositivos, es utilizado
ampliamente en conmutación.
Los generadores de frecuencia son, junto con los amplificadores y las fuentes de
alimentación, la base de cualquier circuito electrónico analógico. Son utilizados para
numerosas aplicaciones entre las que podemos destacar las siguientes: como
generadores de frecuencias de radio y de televisión en los emisores de estas señales,
osciladores maestros en los circuitos de sincronización, en relojes automáticos, como
osciladores locales en los receptores, como generadores de barrido en los tubos de rayos
catódicos y de televisores, etc.
El oscilador en puente de Wien
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.
Circuito oscilador típico tanto para pequeñas frecuencias como para frecuencias
moderadas, en el rango de 5 Hz a 1 MHz. Se usa casi siempre en los generadores de
audio comerciales y también se prefiere, generalmente, en otras aplicaciones de
pequeñas frecuencias.
Se recomienda usarlo con limitación de ganancia (lleva un par de diodos y una
resistencia más), ya que sino se pueden presentar problemas de saturación en la onda de
salida.
Comparador de voltaje
Un Amplificador Operacional puede ser utilizado para determinar cuál de dos
señales en sus entradas es mayor. (Se utiliza como comparador). Basta con que una de
estas señales sea ligeramente mayor para que cause que la salida del amplificador
operacional sea máxima, ya sea positiva (+Vsat) o negativa (-Vsat).
Esto se debe a que el operacional se utiliza en lazo abierto (tiene ganancia
máxima).
La ganancia real de un amplificador operacional es de 200,000 o más y la
fórmula de la señal de salida es: Vout = AOL (V1 – V2)
Figura 6. Comparador de voltaje
Donde:
Vout = tensión de salida
AOL = ganancia de amplificador operacional en lazo abierto (200,000 o más)
V1 y V2 = tensiones de entrada (las que se comparan)
El Vout no puede exceder la tensión de saturación del amplificador operacional,
sea esta saturación negativa o positiva. (Normalmente este valor es unos 2 voltios
menos que el valor de la fuente (V+ ó V-)
Circuito Integrador
Este circuito, como se ve en la figura tiene realimentación negativa, con lo cual
se podría pensar que es una aplicación lineal, pero no es así, se cumplen todas las
cualidades para ser una aplicación lineal, es decir, masa virtual y el Amplificador
Operacional no trabaja a la saturación, y lo único que hace que no sea una aplicación
lineal, es que la onda de salida es distinta en forma a la de entrada.
Figura 7. Circuito integrador
Respuesta del circuito a un impulso
Un impulso lo podemos descomponer como una sucesión de tensiones,
constantes. Se ve que el circuito es un generador de corriente constante, con lo cual el
condensador se carga con una tensión que varia linealmente, hasta alcanzar la tensión de
saturación.
Estas señales se pueden ver en el gráfico. Se observa que en ausencia de señal de
entrada el condensador permanecerá cargado. Esto es muy importante a tener en cuenta
cuando la tensión de entrada sean impulsos repetitivos, y deseemos que el condensador
empiece cada ciclo con carga 0, para solucionar este problema colocamos en paralelo
una resistencia con el condensador, de alto valor (por ejemplo 100K).
Figura 8. Respuesta del circuito ante un impulso
PROCEDIMIENTO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
Nuestro circuito debe generar 3 tipos de señales una senoidal, una cuadrada y
una triangular, respectivamente.
A continuación se presenta la primera etapa del circuito:
Esta etapa del circuito se basa en un oscilador de onda senoidal cuya salida es
Vo1. En el circuito se representan los elementos y valores de dichos elementos
utilizados.
La onda obtenida en esta primera etapa se muestra en la siguiente imagen donde
se hace evidencia de la amplitud de la misma la cual es de 2,2 volt/div pp.
A continuación se presenta las etapas 1 y 2 de nuestro circuito:
Se basa en el circuito oscilador de la primera etapa y un circuito comparador de la
segunda etapa. Cabe destacar que la etapa 2 se polarizo con un menor voltaje en orden
de obtener la misma amplitud que la señal senoidal dado que con los 12 v de la etapa 1
la señal cuadrada de salida era muy grande.
La onda cuadrada obtenida de Vo 2 se muestra en la siguiente imagen donde se
aprecia que su amplitud fue de 2 volt/div pp.
A continuación se presentan las 3 etapas del circuito:
La 3ra etapa consiste en un integrador que proporciona una señal de salida
triangular en Vo3 de amplitud similar a las 2 anteriores lo cual basta para establecer
cumplidos los objetivos propuestos en la práctica.
La imagen obtenida se muestra a continuación dando una amplitud 1,4 volt/div pp.
CONCLUSIONES
En la práctica se pudo observar que no necesariamente debe colocarse una fuente
o generador de señales a la entrada inversora o no inversora de un amplificador
operacional, para que, dependiendo de la configuración o del diseño del circuito, genere
otra señal a partir de su entrada; sino que con solamente un voltaje de polarización
necesario para hacer funcionar el OPAMP, éste pueda generar distintas señales.
Se pudo apreciar que con un circuito derivador, el operacional es capaz de
generar una onda cuadrada y que a su vez, dicha señal de salida sea la entrada de un
circuito integrador para generar una onda triangular a partir de un circuito integrador.
Adicionalmente se puede decir que la amplitud del generador de onda senoidal con
puente de Wien no es controlable sin la aplicación de diodos como elementos de
resistencia controlada.
Cabe destacar que el tiempo empleado para que se generen las señales depende
de la carga y descarga de los capacitores, además de comparar tensiones entre la entrada
inversora y no inversora del operacional. Es por ello que estos circuitos trabajan en
función del tiempo.
La amplitud de la señal de salida de cada configuración, nunca va a ser mayor al
voltaje de polarización del operacional, por el contrario, dichas amplitudes tienden a
llegar a ese valor, pero depende de la calidad de los elementos, del margen de error
establecido por el fabricante y de las condiciones ambientales en la que están sometidos
dichos circuitos.
