electrónica análogo- · pdf file16-03-2015 2 bibliografía •...
TRANSCRIPT
16-03-2015
1
ELECTRÓNICAANÁLOGO-DIGITAL
1
AMPLIFICADORES OPERACIONALES• simbología• configuraciones básicas• cálculo de ganancia• polarización• voltaje de offset• funciones de transferencia• el Amp. Op. Como comparador• detector de cruce por cero• control de ángulo de 180°• comparador de ventana• Schmitt Trigger• El Amp. Op. En instrumentación
Elementos Activos como interruptores• el diodo como compuerta lógica and y or• el diodo como recortador• el diodo como multiplicador de tensión• el transistor y el FET como conmutadores.
Multivibradores• Astable con Transistor, con 555 y con Amp. Op.• Monoestable con 555
Generador de Funciones• generador de onda cuadrada o rectangular• generador de diente de sierra• generador de onda triangular
Electrónica de PotenciaEl TRIAC, el SCR, el DIAC y OPTOACOPLADORESControl de ángulo de disparo en Corriente alternaControl de potencia en corriente Continua.
2
PROGRAMA:
16-03-2015
2
Bibliografía
• Electrónica: Teoría de Circuitos – Boylestad & Nashelsky
• Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales –Coughlin & Driscoll
• Dispositivos Electrónicos – Thomas Floyd
• Principios de Electrónica – Malvino
3
ELECTRÓNICA ANÁLOGO-DIGITAL
EvaluaciónLa asignatura es Teórica-Práctica, por lo que lleva “una sola nota”.
• 2 Certámenes: las preguntas de los certámenes están relacionados tanto con la teoría como lo visto en el laboratorio.
• Trabajo de Laboratorio: con notas parciales más un trabajo final fijado para final del semestre. Ver lámina siguiente.
• Al final del semestre el alumno tendrá 3 notas
• El alumno NO tendrá la obligación de entregar Informes Parciales de Laboratorio. (se recomienda tomar muy buenos antecedentes de lo acontecido en el laboratorio)
NO HAY CERTAMEN DE RECUPERACION
Notas:
• Las fechas de los 2 certámenes pueden variar dependiendo del avance del curso en las experiencias de laboratorio
• La materia que entra en los certámenes están directamente relacionada con las clases teóricas, apuntes de apoyo y experiencias de laboratorio y son “acumulativas”.
4
16-03-2015
3
EVALUACIÓN
5
Certamen N° 1 35 % 4 de mayo
Certamen N° 2 35 % 22 de junio
Exp. 2, 5 y 8 + Informe 30 % Ver calendario
NO HAY TERCER CERTAMEN NI EXAMEN FINAL
Nota Evaluación Práctica Experiencia N° 2 30 %
30 % de la nota Final
Nota Evaluación Práctica Experiencia N° 5 35 %
Nota Evaluación Práctica Experiencia N° 8 30 %
LABORATORIO
6
JUEVESLUNES
16-03-2015
4
7
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
8
ELECTRÓNICA ANÁLOGO-DIGITAL
16-03-2015
5
9
+V1
V2
Vi
+V
-V
Vo
+V1
V2
Vi
+V
-V
Vo--
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
2121 )( AVAVVVAVO
desfaseexisteNoAV 1
offsettensiónExisteVSi
VVVSi
desfaseExisteAV
O
O
0
021
2
Símbolo
Definición:
A = Ganancia en lazo abierto
Normalmente esta ganancia está sobre 104
Como VO=AVi donde Vi = V1-V2 y
si A implica que Vi 0 (cortocircuito virtual)
Configuraciones:
• Con inversión de fase
• Sin inversión de fase
• De modo diferencial
10
Características Ideales del Amp. Op.
Alta impedancia de entrada Baja impedancia de salida Ancho de banda infinito Ganancia infinita
16-03-2015
6
11
++
--i = 0
IV1
Vo
Rf
V2
Vi
V2
R
IF
CORTOCIRCUITOVIRTUAL
Rf
V2 VoIF
R
VVI O
F
2
AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR
12
++
--Vo
R
Vi
Vi
t
A
A
Vo
t
+V
-V
V2
RF
CÁLCULO DE GANANCIA EN UN AMP. OP. INVERSOR
)180(
)(0
1
2
22
OF
i
OV
F
O
F
Oi
dedesfaseExisteR
R
V
VA
R
V
R
V
virtualitocortocircuVcomopero
R
VV
R
VV
16-03-2015
7
13
t
A
t
A
Vo
Vi
TENSIÓN DE SALIDA EN UN AMP. OP. INVERSOR(formas de onda en secuencia de fase)
14
Vo
+
-
Vi
Vi
i = 0
R
V2
RRf
Vo
Rf
R
i = 0
i
Vi = V2
Se aplica un divisor de tensión
R
R
V
VA
RR
RVV
VV
virtualitocortocircupor
F
i
OV
F
Oi
i
1
2
CÁLCULO DE GANANCIA EN UN AMP. OP. NO INVERSOR
16-03-2015
8
15
Vo RL
RF
R
iL = 0
V2 = Vi
Si la corriente de carga es igual a cero, se puede aplicar un divisor de tensión
CÁLCULO DE GANANCIA EN UN AMP. OP. NO INVERSOR
16
t
A
t
A
Vo
Vi
TENSIÓN DE SALIDA EN UN AMP. OP. NO INVERSOR(formas de onda en secuencia de fase)
16-03-2015
9
17
V
V
+V
-V
V
FUENTE CON TIERRA FLOTANTE
18
Vi
t
A
t
A
Vo
RL
D
RECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA
16-03-2015
10
19
+ RLVL
D2
D1D3
D4
-
Vi
t
A t
A
VL
RECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA
CIRCUITO PUENTE RECTIFICADOR
20
+
-
RL+
-
-
-
+-
+
Vi
t
t
A
Vo
++
+
A
D1
D2
RECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA
RECTIFICADOR CON TRANSFORMADOR CON PUNTO MEDIO
16-03-2015
11
21
+
-
+
-
+
--
+
D1
D3
D4
RL1RL2
D2
FUENTE DE TENSIÓN DUAL(doble polaridad)
22
D1 D2
D3 D4
RL1
RL2
FUENTE DE TENSIÓN DUAL(doble polaridad)
16-03-2015
12
23
+
-
+
-
RL1
RL2
+
-
+V
-V
FUENTE DE TENSIÓN DUAL CON FILTRADO(doble polaridad)
FUENTE DE TENSIÓN DUAL(doble polaridad)
SIMBOLOGÍA
+ v
- v
Vi
24
16-03-2015
13
25
t
t
A1
A1
A2
A2
A1 = A2
A1 = A2
ALTERNA
CONTINUA PULSANTE
SEÑALES “ALTERNA” Y “CONTINUA PULSANTE”
26
t t
15 V
-15 V
13 V
-13 V
Tensión de entrada a un Amp. Op. con ganancia unitaria
Tensión de salida de un Amp. Op. con ganancia unitaria y alimentado
con ± 15 volts.
LOS VALORES MÁXIMO DE LAS TENSIONES DE SALIDA EN UN AMP. OP. IDEALSON +V Y -V , PERO EN LA PRÁCTICA NUNCA SE LLEGA A ESOS VALORES, SINO UN PAR DE VOLTS MENOS.
Ejemplo:Si se alimenta un Amp. Op. con ±15 volts, la tensión peak máxima de salidaserá aproximadamente de +13 y -13 volts
16-03-2015
14
27
Vo
R
Rf
Vi -
+
+V
Vo-Rf /R
POLARIZACIÓN DE UN AMP. OP.
Amp. Op. Inversor
SI EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL ESTA ALIMENTADO SÓLO CON UNAFUENTE, LA SEÑAL DE SALIDA SALDRÁ DISTORSIONADA (SE ELIMINA ELSEMICICLO NEGATIVO, YA QUE NO EXISTE ALIMENTACIÓN NEGATIVA)
28
Vi
Vi
+V
Rf
R1
+V
V/2
R
-
+
t
Vo
Vo
t
Vo
R1
V 2
V / 2
C
C elimina la componente continua
POLARIZACIÓN DE UN AMP. OP.
Amp. Op. inversor
16-03-2015
15
29
Vo
Vi
R
RRf
+V
-
+
POLARIZACIÓN DE UN AMP. OP.
Amp. Op. No inversor
SI EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL ESTA ALIMENTADO SÓLO CON UNAFUENTE, LA SEÑAL DE SALIDA SALDRÁ DISTORSIONADA (SE ELIMINA ELSEMICICLO NEGATIVO, YA QUE NO EXISTE ALIMENTACIÓN NEGATIVA)
30
RRf
R1
+
-
Vi
R2
R2
Vo
t
+V
Vo
t
+V
V/2V/2
C permite el divisor de tensión entre RF y Rsólo para corriente alterna
+V
+ V
C
V'oVo
C1
POLARIZACIÓN DE UN AMP. OP.
Amp. Op. No inversor
16-03-2015
16
31
Vo
t
+V
Vo
t
+V
V/2
t
+V
t
+V
V'o
SEÑAL DE SALIDA ANTES DEL CONDENSADORY DESPUÉS DEL CONDENSADOR.
32
1
2
3
4
8
7
6
5
in (-)
offset null
in (+)
GND offset null
V out
NC
+V741
AMPLIFICADOR OPERACIONAL LM741
16-03-2015
17
AMPLIFICADOR OPERACIONAL OP07CP
1
2
3
4
8
7
6
5
in (-)
in (+) V out
NC
V+
V-
VOS TRIM VOS TRIMOP
07CP
33
34
R
Rf
-
+
+V2
36
1 5
Vo
-V
10k
741
AJUSTE INTERNO DE LA TENSIÓN DE OFFSET PARA EL AMP. OP. LM741.
16-03-2015
18
AJUSTE INTERNO DE LA TENSIÓN DE OFFSET PARA EL AMP. OP. OP07CP
R
Rf
-
+
+V
6
1
Vo
10k
8
+ V
OP07
3
2 7
4
35
36
R
Rf
-
+
+V
Vo+V
-V
Vi
AJUSTE UNIVERSAL DE LA TENSIÓN DE OFFSET PARA AMPLIFICADORES OPERACIONALES.
AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR
16-03-2015
19
37
R
Rf
-
+
+V
Vo
+V
-V
Vi
AMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSOR
AJUSTE UNIVERSAL DE LA TENSIÓN DE OFFSET PARA AMPLIFICADORES OPERACIONALES.
38
TAREA PARA EXPERIENCIA N° 1 EL LABORATORIO (4.1)
Ajuste general de Offset en un A.O. como inversor.
Dado el siguiente circuito
R1= 100K; R2= 1M; R3= 100; Rp=10 K; Rs=4,7 K; +Vcc=12V; -Vcc= - 12V.R4= ¿? K
Obtenga expresión analítica de Vo total en función de Vi y Vi offset.
Vo=f(Vi, Vi offset).
De la expresión analítica obtenida en el punto anterior, determine el valor de R4 necesariopara obtener un ajuste de Vo Offset de +100 mV a -100 mV app. al variar el Rp entre elmáximo y el mínimo.
16-03-2015
20
39
-
+Vi
RF
Vo
+15V
-15V
15
4
4 15
-15
Vo
Vi
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSORGANANCIA UNITARIA.CON TIERRA FLOTANTE
Polarización de un Amp. Op.
40
Vi t
VoVo
+V
-V
t
+V
-V
GANANCIA UNITARIACON TIERRA FLOTANTE
Vi
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSOR
16-03-2015
21
41
Vi t
VoVo
t
+V
-V
-
+
+V
Vo
R
RVi
Vi
-V
GANANCIA UNITARIA
CON TIERRA FLOTANTE
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR
42
Vi t
VoVo
t
+V
Vi
AL NO EXISTIR TENSIÓN NEGATIVADE POLARIZACIÓN, SE RECORTA EL
SEMICICLO NEGATIVO
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSORGANANCIA UNITARIA.SIN TIERRA FLOTANTE
16-03-2015
22
43
Vi t
VoVo
t
+V
Vi
V/2
+V/2
PARA EVITAR EL RECORTE DEL SEMICICLO NEGATIVO
SE "MONTA" LA SEÑAL DE ENTRADAEN UN NIVEL CONTINUO V/2
PARA MSS
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSORGANANCIA UNITARIA.SIN TIERRA FLOTANTE
44
Vi t
VoVo
t
+V
Vi
-V/2 +V/2
+V/2
PARA EVITAR EL RECORTE DEL SEMICICLO NEGATIVO, ES POSIBLE “CORRER” LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAHACIA EL LADO IZQUIERDO.
16-03-2015
23
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAUMENTO DE LA GANANCIA
15
4
4 15
-15
Vo
Vi
Aumento de la gananciaLa F. de T. tiende a 90
o
45
46
+V
-VVi
Vo
Vi
Vo
-V
+V
Amp. Op. coninversión de fase
Amp. Op. sininversión de fase
Amp. Op. con tierra flotante
COMPARADORESFUNCIÓN DE TRANSFERENCIA DE UN AMP. OP.
SIN LAZO DE REALIMENTACIÓN (Ganancia del Amp. Op. muy grande)
16-03-2015
24
47
-
+
+V
ViVo
Vi
Vo
+V
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSORGANANCIA EN LAZO ABIERTOSIN TIERRA FLOTANTE.TENSIÓN DE REFERENCIA = 0
48
-
+
+V
ViVo
Vi
Vo
+V
-V-V
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSORGANANCIA EN LAZO ABIERTOCON TIERRA FLOTANTETENSIÓN DE REFERENCIA = 0
16-03-2015
25
49
-
+
+V
ViVo
Vi
Vo
VREF
+V
VREF
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSORGANANCIA EN LAZO ABIERTOSIN TIERRA FLOTANTETENSIÓN DE REFERENCIA 0
50
-
+
+V
ViVo
Vi
Vo
VREF
+V
-V VREF
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSORGANANCIA EN LAZO ABIERTOCON TIERRA FLOTANTETENSIÓN DE REFERENCIA 0
16-03-2015
26
51
-
+
+V
ViVo
Vi
Vo
VREF
+V
VREF
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSORGANANCIA EN LAZO ABIERTOSIN TIERRA FLOTANTETENSIÓN DE REFERENCIA 0
52
-
+
+V
Vo
Vi
Vo
VREF
+V
-V VREF
Vi
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAAMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSORGANANCIA EN LAZO ABIERTOCON TIERRA FLOTANTETENSIÓN DE REFERENCIA 0
16-03-2015
27
Vi
t
t2
t4
VO = +V
+V
tVi
t1 t3 t4t2
0
VREF
-V
Vi
VO
VO VO
t1
t3
VO = – V
-
+
+V
ViVo
Vo
VREF
+V
-VVREF
Vi
–V
Al circuito que está en el dibujo, ingresa una señal senoidal. Dibuje la F. de T. y la señal de salida en un mismo gráfico
54
VLED
+ R -+ V
i
POLARIZACIÓN DE UN LED(light emitter diode)
mAI
voltV
I
VVR
LED
LED
LED
LED
10
5,1
VLED
- R +
+ v
i
OTRA FORMA DE ENCENDER UN LED
16-03-2015
28
55
+V
+10V
-10V 4V
Vi
VLED
+ R -
Vo
4V
A +V
Ej. de un Amp. Op. como comparadorEl LED se encenderá cuando la tensión de entrada (A)se haga = 4v
encendidoestáLEDelvoltquemayorVPara
apagadoestáLEDelvoltquemenorVPara
i
i
4
4
56
Vi
tVo
t
-
+
+V
+V
R
Vo
A[V]
A
Vi
EL AMP. OP. COMO “DETECTOR DE CRUCE POR CERO”.
TAREA:AL VARIAR EL VOLTAJE A VARÍAN AMBOS CANTOS, EL DE SUBIDA Y EL DE BAJADA.¿CÓMO SE PODRÍA MODIFICAR EL CIRCUITO PARA QUE SOLO SE PUEDA VARIARUNO DE LOS CANTOS Y EL OTRO QUEDE FIJO?
queda fijo
por ejemplo
16-03-2015
29
57
Vi
Vo
t
t
VREF1
-VREF2
¿ Se puede detectar el cruce por cero, si la señal de entrada no está rectificada enonda completa ?
¿Cómo se puede obtener el pulso inferior de la figura? (existen dos tensiones de referencia, una positiva y la otra negativa)
58
R
C
+V
V(1-e -t/RC
)
VC
+V
+V
Vc = V(1-e -t/RC
)
CARGA DE UN CONDENSADOR CUANDO SE LE APLICA UN ESCALÓN +V
16-03-2015
30
59
Diseñe un apagado o encendido de un LED después de 20 segundos de energizado
el circuito.
Ejercicio
Vcc
Temporizador
20 Seg.Luz
INTEGRADORCOMPARADOR
CON VREF.
RETARDO ( DELAY )
60
-
+
+V
+VR1
R1
RLEDR
C
CIRCUITO QUE “APAGA” UN LED A UN TIEMPO DADO
)(69,0 odemostrarlRCt
TAREA
• ¿Qué sucede si seda vuelta la malla RC?
• ¿De que otra forma se podría cambiar la función del circuito?
16-03-2015
31
61
-
+
+V
V1 Rf
R
R
R
R1
V2
V3
i
RVn
V Vo
IF
-V
EL AMP. OP. COMO “SUMADOR INVERSOR”
TAREA: DEMOSTRAR QUE….
)( 321 nF
O VVVVR
RV
EL AMP. OP. COMO “SUMADOR NO INVERSOR”
+V
V1
R
R
R
V2
V3
RVn
R1RF
V
Vo
i1
i2
i3
in
Vi
nF
O VVVVnR
RV
321
11
62
TAREA: DEMOSTRAR QUE…..
16-03-2015
32
63
-
+
-
+
R
R
R
RR
R
VoRp
VA/2
VA/2
VB
VA
+
-
V2
V1
EL AMP. OP. EN INSTRUMENTACIÓN
DEMOSTRAR QUE:
p
OR
RVVV
2121
64
+
Vcc
-
V
R4R2
R1 R3
R2
R1
+
Vcc
-
R4
R3
V1 V2
PUENTE DE WHEASTON
LAS RESISTENCIAS PUEDEN SER REEMPLAZADAPOR TRANSDUCTORES TALES COMO: UN NTC O UN
PTC O UN STRAIN GAUGE U OTROS.
16-03-2015
33
65
-
+
R1
Vi
+V
-V
VREF
Vo
R2
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO “COMPARADOR CON HISTÉRESIS”
21
2
21
2
2
1
RR
RVVV
RR
RVVV
LTREF
UTREF
66
Vi
Vo
VUTVLT
+V
–V
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIAEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO
“COMPARADOR INVERSOR CON HISTÉRESIS”
21
2
21
2
RR
RVV
RR
RVV
LT
UT
16-03-2015
34
Vi
t
+V
tVi
t1 t3
Vi
VO
VO VO
t1
t3
VREF1
VREF2
-V
t2
t4
t4
VO = +V
cuando se devuelve no encuentra
VREF2 en la F de T
0
VO = –V
+V
-V
t2
cuando se devuelve no encuentraVREF1 en la F de T
“COMPARADOR INVERSOR CON HISTÉRESIS”
TAREA:Dibujar una F. de T.No inversora y realizar el mismo dibujo, para encontrar VO
Vi
t
+V
tVi
t1 t3
Vi
VO
VO VO
t1
t3
VREF1
VREF2
-V
t2
t4
t4
0
+V
-V
t2
cuando se devuelve no encuentraVREF1 en la F de T
VO = –V
VO = +V
cuando se devuelve no encuentraVREF2 en la F de T
“COMPARADOR NO INVERSOR CON HISTÉRESIS”
16-03-2015
35
69
-
+
+V
-VR1
R2
Vo
R
Vc
C
-V
+V
t
t
VC
Vo
OSCILADOR DE RELAJACIÓNGENERADOR DE ONDA CUADRADA Y TRIANGULAR
70
TAREA: En el siguiente circuito
Deducir la F de T. con todos los valores en los ejesEncontrar las expresiones analíticas de VUT y VLT
Si se aplica una señal senoidal de entrada, dibuje la señal de salida.
-
+
+V
-V Vo
Vi
VREF
R nR
16-03-2015
36
71
+
-
-
+-
+-
+
+VCOMPARADOR
COMPARADOR
V+
V+
V -
V -
V+
V -
INTEGRADOR
V1
VO
V3
V2
CONTROL DE ÁNGULO DE DISPARO DE 180O
DIBUJAR EN SECUENCIA DE FASEV1; V2; V3; VO
72