Práctica sobre el diseño de un comparador y un restador

[pic 1]

Materia:

Electrónica

Integrantes del equipo:

Freddy Antonio Mazariegos Gómez

Marya Johara Márquez Zepeda

Hugo Ancheyta López

Rafael José Moreno Morales

Nombre del trabajo:

Práctica 2. Comparador y restador

Fecha de entrega:

13 de septiembre del 2018

Carrera:

Ingeniería en Mecatrónica

Cuatrimestre:

Quinto semestre

Nombre del maestro:

Aldo Esteban Aguilar Castillejos

Resumen:

En la parte 1 se diseñó y armó un circuito comparador con un LED indicador. Se fijó la referencia a un valor y se varió el voltaje de entrada para registrar los valores mínimos con los que ocasionaba el cambio de salida. Posteriormente se usó una señal de entrada de tipo triangular de 2 Vpp y se observó la señal de salida con una referencia de 0.5 VCD; se comparó la señal de entrada y salida con el osciloscopio.

En la parte 2 se armó el circuito restador con Rin=Rf= 22 kΩ, V1= 10 V y V2=5 V. Posteriormente se cambiaron los valores a V1= 7V y V2= 9V para comprobar su funcionamiento.

Marco teórico

Amplificador operacional (OPAM)

El Amplificador Operacional fue desarrollado para ser utilizado en computadoras analógicas en los inicios de los años 1940. Los primeros Amplificadores Operacionales (Op. Amp.) utilizaban los tubos al vacío, eran de gran tamaño y consumían mucha potencia. [1]

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Representacion grafica del amplificador operacional LM741 [1]

Caracteristicas

Básicamente el Amp. Op. (Op. Amp.) es un dispositivo amplificador de la diferencia de sus dos entradas, con una alta ganancia, una impedancia de entrada muy alta, (mayor a 1 Megaohm) y una baja impedancia de salida (de 8 a 20 ohmios). Con estas característica se deduce que las corrientes de entrada son prácticamente nulas y que tiene la característica de poder entregar corriente relativamente alta (ver datos del fabricante). Internamente el Amplificador Operacional contiene un gran número de transistores, resistores, capacitores, etc.[1]

El terminal + es el terminal no inversor. El terminal – es el terminal inversor. Hay varios tipos de presentación de los amplificadores operacionales, como el paquete dual en línea (DIP) de 8 pines o patitas. Para saber cual 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 el diagrama. [1]

La distribución de los terminales del Amplificador operacional en el circuito integrado DIP de 8 patillas es [1]:

• pin 2: entrada inversora ( – )
• pin 3: entrada no inversora ( + )
• pin 6: salida (out)

Amplificador inversor

Se llama así este montaje porque la señal de salida es inversa de la de entrada, en polaridad, aunque pude ser mayor, igual o menor, dependiendo esto de la ganancia que le demos al amplificador en lazo cerrado. La señal, como vemos en la figura, se aplica al terminal inversor o negativo del amplificador y el positivo o no inversor se lleva a masa.La resistencia R2, que va desde la salida al terminal de entrada negativo, se llama de realimentación. [2]

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Representacion grafica de un amplificador inversor [2]

Amplificador no inversor

En un amplificador operacional no inversor (amplificador no inversor), la señal a amplificar se aplica al pin no inversor (+) del mismo. Como el nombre lo indica, la señal de salida no está invertida respecto a la entrada. Del gráfico se ve que la tensión en R1 es igual a: VR1 = [R1 / (R1 + R2)] x Vsal. (por división de tensión). [3]

En operación normal la tensión entre las entradas (inversora y no inversora) es prácticamente , lo que significa que la entrada Ven es igual a VR1. Entonces con Ven = VR1, y con la formula anterior: Ven = [R1 / (R1 + R2)] x Vsal. Despejando para Vsal / Vent (ganancia de tensión). AV = Vsal / Ven = (R1 + R2 ) / R1 = R1 / R1 + R2 / R1. Entonces: AV = 1 + R2 / R1. De la anterior fórmula se deduce que la ganancia de tensión en este tipo de amplificador será de 1 o mayor.[3]

[pic 4]

Representacion grafica del amplificador no inversor [3]

Amplificador operacional como comparador

Un Amplificador operacional es un dispositivo electrónico muy utilizado para diversas funciones, entre una de las mas destacadas es utilizarlo comparador. Podemos utilizar un amplificador operacional para determinar cual de las dos señales de entrada es mayor. Con que una de las dos señales sea ligeramente superior para que se produzca la salida máxima en el amplificador, sea positiva (+Vsat) o negativa (-Vsat). [4]

Al utilizar el amplificador operacional en lazo abierto, la ganancia en la salida sera siempre muy grande, aproximadamente del orden de 100.000 veces o mas, una pequeña variación en las tensiones de entrada Vs+ y Vs-produce que a la salida del amplificador tengamos un valor cercano a la tensión de alimentación. La siguiente imagen, muestra la conexión de un amplificador operacional en modo de lazo abierto, para ser utilizado como comparador. [4]

[pic 5]

Representacion grafica de amplificador comparador [4]

Amplificador operacional como restador

Este amplificador usa ambas entradas invertida y no invertida con una ganancia de uno, para producir una salida igual a la diferencia entre las entradas. Es un caso especial del amplificador diferencial. Se pueden elegir tambien las resistencias para amplificar la diferencia. [5]

[pic 6]

Representacion grafica de amplificador operacional restador [5]

Metodología

Parte 1:

• Diseñe un circuito comparador con un diodo LED como indicador y selectores para el voltaje de referencia y, de entrada.

• Arme el circuito en un protoboard. Fije la referencia a un valor y varíe el voltaje de entrada.

• Observe la salida del amplificador y anote sus observaciones.

• Registre los valores mínimos con los que se ocasiona el cambio en la salida.

• Utilice una señal de entrada de tipo triangular de 2 Vpp y observe la señal de salida para una referencia de 0.5 VCD.

• Compare la señal de entrada y salida en el osciloscopio y registre sus observaciones y datos.

Parte 2:

• Arme el circuito del restador con Rin=Rf= 22 kΩ, V1= 10 V y V2=5 V. en un protoboard.

• Utilice ahora V1=7V y V2=9V para comprobar su funcionamiento.

• Anote sus observaciones, cálculos y compárelos con la teoría y simulación.

Simulaciones

Parte 1:

Se simuló el circuito comparador con un diodo LED como indicador; usando el opam para poder gestionar la comparación. Se simuló con un voltaje de referencia de 5V; un potenciómetro de 10kΩ para regula el voltaje de entrada de 10V y así poder obtener de 0-10 V como Vin; para que al sobrepasar el voltaje de referencia, se prendiera el LED indicador como se muestra en la simulación.[pic 7]

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