UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL NORTE DE AGUASCALIENTES

TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECATRONICA AREA DE MANUFACTURA

FLEXIBLE

SISTEMAS DE CONTROL AUTMATICO

ACTIVIDAD No.2.

NOMBRE DE LA PRÁCTICA: AMPLIFICADOR OPERACOIONAL EN

LAZO CERRADO

ALUMNOS:

JUAN RICARDO PUENTES MONTOYA

OMAR DE JESUS JIMENES HERRERA

ELIO GIOVANNY SANCHEZ DE ANDA

JUAN EDUARDO ESUIVEL CORTEZ

PROFESOR: ING. FERNANDO MORENO ALVARADO

TERCER CUATRIMESTRE GRUPO B

Rincón de Romos, Ags. 1 de Julio de 2015

En esta práctica aprenderemos a cómo conectar barios circuito para el

manipula miento del amplificador operacional de utilizando el circuito

integrado Lm741 aprenderemos el cómo es que está conformado por dentro y

las aplicaciones que se pueden obtener de este circuito también se podrá

observar que con este circuito se pueden hacer grandes cosas como por

ejemplo el manipulmiento de corriente para que de una entrada positiva salga

una señal negativa Por otra parte se conocerá por primera vez el

funcionamiento de una fuente bipolar esto quiere decir que se estará

trabajando con voltajes negativos y positivos para que pueda funcionar el

circuito.

Es importante poner en práctica lo que se vio en clases para que se demuestre

de forma física a lo que se estarán afrontando en un futuro y comparar

resultados y ver que esto no es un juego porque un error puede salir muy caro

y esto solo es el inicio de algo más grande y es importante también pedir

ayuda al profe por muy mínima duda de lo aquí se está haciendo para que no

queden dudas porque de esto dependerá nuestro futuro

El alumno tendrá que ser capaz de conocer el amplificador operacional como

la palma de su mano ya que este estará trabajando con tres corrientes (una que

será la tierra (neutro)y una corriente de 12v positiva y otra de -12v negativa) y

si no se tienen las debidas precauciones este podría quemarse y tendían

problemas con el profesor ya que ya no somos niños de primero ya a estas

alturas ya debemos poder manejar todo esto por otro lado el alumno tendrá

que identificar el funcionamiento de este circuito y sus aplicaciones y

aprenderá a hacer sus debidos cálculos para poder manipular lo que se le pida.

Amplificador operacional

741 con encapsulado metálico TO-5.

Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito

integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las

dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):

Vout = G·(V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o

LM741.

El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue

el Fairchild μA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild

μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial.

Más tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741 (1968), de David

Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar.

Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones

matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación,

etc.) encalculadoras analógicas. De ahí su nombre.

El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita,

un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo

de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita

también se dice que las corrientes de entrada son cero.

Comportamiento en corriente continua (DC)

Lazo abierto

La salida del A. O. será la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor.

Este factor suele ser del orden de 100.000(que se considerará infinito en

cálculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las dos

tensiones es de 1V la salida debería ser 100.000 V. Debido a la limitación que

supone no poder entregar mástensión de la que hay en la alimentación, el A.

O. estará saturado si se da este caso. Esto será aprovechado para su uso en

comparadores, como se verá más adelante. Si la tensión más alta es la aplicada

a la patilla + (entrada no inversora) la salida será VS+, mientras que si la

tensión más alta es la del pin - (entrada inversora) la salida será la

alimentación VS-.

Lazo cerrado o realimentado

Se conoce como lazo cerrado a la realimentación en un circuito. Aquí aparece

una realimentación negativa. Para conocer el funcionamiento de esta

configuración se parte de las tensiones en las dos entradas exactamente

iguales, se supone que la tensión en la pata + sube y, por tanto, la tensión en la

salida también se eleva. Como existe la realimentación entre la salida y la pata

-, la tensión en esta pata también se eleva, por tanto la diferencia entre las dos

entradas se reduce, disminuyéndose también la salida. Este proceso pronto se

estabiliza, y se tiene que la salida es la necesaria para mantener las dos

entradas, idealmente, con el mismo valor.

Siempre que hay realimentación negativa se aplican estas dos aproximaciones

para analizar el circuito:

V+ = V- (lo que se conoce como principio del cortocircuito virtual).

I+ = I- = 0

Cuando se realimenta negativamente un amplificador operacional, al igual que

con cualquier circuito amplificador, se mejoran algunas características del

mismo como una mayor impedancia en la entrada y una menor impedancia en

la salida. La mayor impedancia de entrada da lugar a que la corriente de

entrada sea muy pequeña y se reducen así los efectos de las perturbaciones en

la señal de entrada. La menor impedancia de salida permite que el

amplificador se comporte como una fuente eléctrica de mejores características.

Además, la señal de salida no depende de las variaciones en la ganancia del

amplificador, que suele ser muy variable, sino que depende de la ganancia de

la red de realimentación, que puede ser mucho más estable con un menor

coste. Asimismo, la frecuencia de corte superior es mayor al realimentar,

aumentando el ancho de banda.

Así mismo, cuando se realiza realimentación positiva (conectando la salida a

la entrada no inversora a través de un cuadripolo determinado) se buscan

efectos muy distintos. El más aplicado es obtener un oscilador para generar

señales oscilantes.

Comportamiento en corriente alterna (AC)

En principio la ganancia calculada para continua puede ser aplicada para

alterna, pero a partir de ciertas frecuencias aparecen limitaciones. Ver sección

de limitaciones.

Análisis Para analizar un circuito en el que haya A.O. puede usarse cualquier método,

pero uno habitual es:

1. Comprobar si tiene realimentación negativa

2. Si tiene realimentación negativa se pueden aplicar las reglas

del apartado anterior

3. Definir las corrientes en cada una de las ramas del circuito

4. Aplicar el método de los nodos en todos los nodos del circuito excepto

en los de salida de los amplificadores (porque en principio no se puede

saber la corriente que sale de ellos)

5. Aplicando las reglas del apartado 2 resolver las ecuaciones para

despejar la tensión en los nodos donde no se conozca.

En esta parte de la práctica se mencionaran los pasos que hay que tener en

cuenta para poder llevar a cabo la siguiente practica sin olvidar también los

materiales que se estarán utilizando a lo largo de esta práctica para ello será

muy indispensable estudiar un poco sobre el circuito que se estará manejando

y se apreciara el cómo será el funcionamiento de este control de los opam´s

para lo cual se estarán utilizando 2 pot para mayor manejo de este.

Material que se necesita para realizar la practica:

2 potenciómetros de 10k

Una fuente bipolar de 12 y -12v

5 resistencias de 1k

2 resistencias de 2k

2 amplificador operacional LM741

Protoboard

Cable para proto

Voltímetro

Pinzas de corte

estencion

3

2

6

74

15

U1

LM741

50%

RV1

10k

R1

1k

El funcionamiento de este circuito es simple lo único que tiene que hacer es

estar presente para hacer mediciones y observar cambios en la entrada y salida

y comprender mas el funcionamiento de dicho circuito.

Figura 1.1 simulacion del primer circuito.

vin vout

0.5v -10.11v

1.5v -10,12v

2v -11.48

3

2

6

74

15

U1

LM741

R1

1k

U1(V-)

4%

RV1

10k

RV1(2)

U1(V+)

Al realizar este circuito en proteus se vio que el símbolo del circuito LM741

no era parecido al que el profesor dibujo en clases por lo que se tuv que

recurrir al datasheet para poder armarlo pero resulto que las patitas sobrantes

solo eran eso no se ocupaban para nada en lo mas minimo,

Este circuito es parecido al de la figura 1.1 solo con la diferencia que ya se le

agrego una resistencia que le sirvira para retroalimentar al circuito LM741 y el

objetivo de esta es multiplicar la entrada devoltaje para que de una salida

diferente.

Figura 1.2 segundo circuito simulado

3

2

6

74

15

U1

LM741

R1

1k

U1(V-)

4%

RV1

10k

RV1(2)

U1(V+)

R2

1k

Ests son las mediciones que dio de resultado al ponerle la retroalimentación y

usando los voltajes mencionados en la tabla (vin).

Al realizar este circuito no se vio nada diferente porque este no tuvo grandes

cambios solo que se le agrego una resistencia de 1kpara poder hacer nuevas

mediciones y saber cuál era su función en este caso se usó como

retroalimentación.

Este circuito es exactamente igual al anterior solo lo que cambio fue la

resistencia que sirvió como retroalimentación la anterior fue de un kilo ohm y

ahora se le coloco una de 2 kilo ohm y se hicieron las mismas pruebas para ver

qué es lo que sucedía t estos fueron los resultados

vin vout

0.5v -.57v

1.5v -1.53v

2v -2.09v

2.5v -2.57v

3

2

6

7

4

1

5

U

1

LM741

R

1 1k

U1(V-)

5 %

RV1

10k

RV1(2)

U1(V+)

R2

2k

Figura 1.3 circuito con la única diferencia que es la resistencia utilizada para la retroalimentacion

En este circuito lo único que se pudo observar fu que:

Primeramente cambio una resistencia de 2k por la de 1k y también se pudo

observar que al cambiarle la resistencia esta modifico totalmente las salidas

de voltaje multiplicándolas al doble.

Este ya es el circuito terminado completamente aunque este no tiene nada de

led´s para saber que es lo que hace, lo único para comprobar su

funcionamiento es el voltímetro para calcular su voltaje de salida y algunas

otras mediciones adicionales utilizando los potenciómetros.

vin vout

0.5v -1.16v

1v -2.22v

1,5v -3.43v

Figura 1.4 figura del circuito terminado en su totalidad funcionando y listo para pasarlo al proto

para hacerlo en su prueba física y verificar los cálculos para ver si es cierto l comprobado en el

proteus.

Al colocar los dos LM741 en un mismo circuito y unirlos se pudo ver que de entrada en el primer

circuito entra una tierra y dos entradas de voltaje una negativa y otra positiva y de salida salía un

voltaje negativo y al entrar al segundo LM741 este la cambia de estado y la transforma de negativa

a positiva y lo que se pudo ver fue que lo que hace el circuito es transformar una enteada de

voltaje en otra de salida.

vin Pot2 Vout1 Vout2

0.5v 3k -0.2 0.3v

o.5v 6k -.83 .83v

1v 1k -o.98 1v

1v 5k -4.64 5.3v

3

2

6

74

15

U1

LM741

R1

1k

U1(V-)

5%

RV1

10k

RV1(2)

U1(V+)

3

2

6

74

15

U2

LM741

U1(V-)

U1(V+)

R4

1k

50%

RV21k

R2

10k

Figura 2.1 cto. Para realizar función de transferencia

Datos:

I1= -I2 I1=V1/RI Vo=I1*R2 g(t)= -Vo/VI

RESULTADOS:

I2=I1 I1=V/R1 Vo=I1*R2 Vo=(-V1/R1)*R2/1 Vo= -V1*R2/R1

3

2

6

74

15

U1

LM741

R1

1k

U1(V+)

R2

1k

figura 2.2 creación del circuito ya en forma física y probado ya en funcionamiento

figura 2.3 segunda medición del circuito en físico comparando resultados con los de proteus

Figura 2.4 circuito funcionando y dando las medidas que proteus nos mostro

Al realizar las pruebas de forma física se pudo ver que tanto en proiteus como el físico las

mediciones resultaron ser casi las mismas solo bario con puras desimas pero era normal ya que el

pot en forma física nunca quedaba en la poción exacta.

Figura 3.1 segundo circuito funcionando y empezando a hacer mediciones para llenar la tabla de

datos

figura 3.2 nivelación del pot para observar la siguiente medición

Figura 3.3 resultados de la medición con el pot a nivel anterior

Figura 3.4 Segunda nivelación del pot

Figura 3.5 resultado de, el voltaje de salida

Figura 3.5 tercera medición con una nueva configuración al pot

Figura 3.6 resultado de la medición

Con la realización de este circuito se puede ver que los resultados que muestra la salida del

circuito lm741 son idénticas a los volktajes que le entran solo que con los polor invertidos.

Figura 4.1 creación de tercer circuito y medido para calcular los resultados

Figura 4.2 resultado de la comparación de salida de la imagen 4.1

Figura 4.3 segunda medición del tercer circuito

Figura 4.4 resultado de la segunda medicion

En esta ocasión ocurrió algo raro porque con solo cambiar una resistencia de

1k por una de 2k el resultado era mas diferente que los anteriores porque en

esta ves se puede ver en las imágenes que el resultado se duplicaba dando un

diferente voltaje que el de entrada.

Figura 5.1 creacion del 4 circuito y empezando a hacer mediciones

Figura 5.2 acomodo de los pot para empesar a medir las salidas de voltaje

Figura 5.3 ajustando últimos detalles

Figura 5.4 primer resultado de salida

Figura 5.5 nuevo resultado de salida

3

2

6

74

15

U1

LM741

R1

1k

U1(V-)

5%

RV1

10k

RV1(2)

U1(V+)

3

2

6

74

15

U2

LM741

U1(V-)

U1(V+)

R4

1k

50%

RV21k

R2

10k

Lo que se vio en este circuito fue que cuando se le intoduce un voltaje

negativo y un positivo añl circuito lm741 lo que crea es un cambio de estado a

la salida del circuito creando que el voltaje de salida sea negativo pero al

momento de entrar al segundo circuito este se encarga de cambiarlo de

negativo a positivo lo que se puede comprender que este circuito su función es

psreserce a un inversor si no que hasta este puede ser uno de estos.

Lo que se pudo ver en ambas formas fue que en las dos fue un poco difícil

porque en la forma simulada se tuvieron que hacer cambios porque a la

primera vez no funciono y se tuvieron que hacer modificaciones lo que

ocasionó que nos retrasáramos en la creación de la práctica de forma física y

ya en la forma física lo que nos atrasó también fueron los pot porque uno de

ellos al parecer estaba quemado y no nos salían los cálculos y no podíamos

establecer los voltajes que especificaba la tabla. Y también lo que nos retraso

fue que se nos olvidó la fuente de poder y esperamos a que otros terminaran

para que no la prestaran y cuando todo parecía que iba bien colocamos mal un

circuito y se quemó y ya no pudimos concluir la practica hasta un dia después

cuando volvimos a comprar nuevo material.

Con esta práctica se pudo comprender un poco más lo visto en clases por otra

parte se pudo reforzar los conocimientos que cada uno tiene y conocer los

componente de forma física, aunque de primero hubo unos errores pero al

final logramos resolverlos logrando terminar la práctica.

A parte por la elaboración de esta práctica pudimos comprobar que los

resultados obtenidos haciendo los cálculos teóricamente antes de utilizar los

aparatos necesarios para calcular la corriente, resistencias , se denota que los

resultados casi son exactos (dado que su diferencia es por decimales).

para poder realizar esta práctica de los amplificadores operacionales utilizamos

resistencias de varios kilos y potenciómetros de 10k esta práctica me dejo buenas

observaciones y aprendizajes. También analice que lo que nos explicó el profesor en

clases de lo de la función de trasferencia es real en los circuitos del opam , este circuito lo

que hacía era convertir una señal de polaridad positiva a negativa pero como teníamos

dos amplificadores operacionales volvía a la misma polaridad.

Esta practica fue muy importante puesto q vimos lo q vimos en clase q fue lo de lazo

cerrado o mas bien dicho retroalimentación utilizamos resistencia y también

potenciómetros fue algo parecido a la practica pasada pero ahora fue con lazi cerrado y la

pasada con lazo abierto o sin retroalimentación ns dimos cuenta q el cto. Se nos complico

un poco ya nos trabamos pero con el apoyo del profesor lo9gramos los resultados el cto lo

q hacia era q cambiaba la polaridad entraba positivo (+) y nos regresaba negativo(-)

En esta práctica pude ver a rasgos más detallados algo de control con uso de los Amplificadores

Operacionales, pude observar un poco de los diagramas de bloques comparándolo con el de los

circuitos de control por un LM741. Lamentablemente uno de los amplificadores no nos estaba

funcionando; por lo tanto el voltaje de entrada y el de salida eran positivos, cuando el voltaje de

entrada que era positivo el de salida nos tendría que haber dado negativo, ya que este era un

circuito inversor que nos invertía las polaridades. Después colocamos un LM741 en buen estado y

nos pudimos percatar que efectivamente era inversor e invertía las polaridades positivas a

negativas.

Nos gustó mucho la práctica aunque por un momento estuvo estresante porque

no sabíamos cómo conectar el circuito LM741 pero al final se observó un gran

resultado porque si nos funcionó el a lo mejor no a la primera pero si se

tuviern los resultados que se esperaban además se tomaron todas las medidas

de seguridad correctas

Por otra parte se observó que cuando se trabaja en equipo los resultados son

exitosos porque con la aportación de cada uno de los integrantes del equipo

logramos terminar con éxito la práctica aunque hubo unos inconvenientes al

momento de realizarla pero al final se vio una gran sonrisa en la cara de mis

compañeros al ver que funciono el circuito.

Nos pareció una buena práctica porque se aprendió bastante aunque la práctica

fue un poco difícil pero se pudo ver la mejoría de cada uno con el paso del

tiempo.