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FACULTAD DE INGENIERAS

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA REA: INFORMTICA INDUSTRIAL

ASIGNATURA: LABORATORIO DE ELECTRNICA I (710039M)

LABORATORIO 3 APLICACIONES LINEALES DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

1. INTRODUCCIN

Los amplificadores operacionales pueden configurarse de mltiples maneras para realizar diferentes

tipos de operaciones de acuerdo a la aplicacin en la que se necesiten.

Unas de estas configuraciones son los circuitos lineales, los cuales se caracterizan por realizar una

operacin lineal a la seal de entrada para generar la seal de salida. Dentro de este tipo de

circuitos destacan: el amplificador inversor y no inversor, sumador, restador, derivador o

diferenciador, integrador y los convertidores voltaje-corriente y corriente-voltaje.

2. OBJETIVOS

Analizar el comportamiento de varios tipos de circuitos lineales.

Realizar el diseo de un circuito de aplicacin lineal con amplificadores operacionales.

Obtener las caractersticas de amplificacin, mxima excursin de seal y respuesta en

frecuencia de los circuitos implementados.

3. MATERIALES

Equipos de Laboratorio.

Amplificadores operacionales LF353.

Resistencias (descritas en los circuitos).

Materiales definidos por el diseo.

Hojas de datos.

4. PROCEDIMIENTO

4.1 Anlisis

Alimente los amplificadores operacionales con un voltaje de 15V y utilice seales de entrada a una

frecuencia de 1KHz.

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4.1.1 Amplificador Sumador

a. Realice el montaje del circuito de la figura 1. Recuerde alimentar el amplificador operacional.

Figura 1. Amplificador sumador.

b. Aplique V1=100mVp, V2=0VDC. Registre las formas de ondas de entrada y salida y la

ganancia del amplificador.

c. Aplique V1=0VDC, V2=100mVp. Registre las formas de ondas de entrada y salida y la ganancia del amplificador.

d. Aplique V1=V2=50mVp. Registre las formas de ondas de entrada y salida y la ganancia del amplificador.

e. Aplique V1=50mVpp y V2=100mVDC. Registre las formas de ondas de entrada y salida y la

ganancia del amplificador operacional en esta configuracin.

4.1.2 Amplificador restador

Se tiene un voltaje Vx que representa a cierta variable fsica (temperatura, humedad, presin, etc.). El rango de valores de Vx es [2, 4]. Se desea acondicionar la seal Vx de tal forma que genere una

seal Vy en el rango [0, 10].

a. Defina la funcin matemtica que le permita cumplir los requerimientos del diseo.

[Ec.1]

Donde Vy es la seal acondicionada y Vx es la seal a acondicionar, m y b definen la ecuacin de la lnea recta.

b. Realice la funcin encontrada utilizando el circuito de la figura 2. Recuerde alimentar el

amplificador operacional.

R1

1k

R2

100k

Vout

R3

3.3k

3

2

1

U1:A

LF353

V1

R_LOAD1k

V2

3

Figura 2. Amplificador restador.

c. Tome 10 valores de entrada Vx y salida Vy y verifique que se cumple la relacin lineal

definida en [Ec1].

4.2 Diseo

Existe un estndar de comunicaciones anlogas industriales que utiliza una seal de 4mA a 20mA,

por lo cual muchas seales deben ser convertidas a dicho formato.

Se tiene un sensor de rotacin ubicado en una articulacin de un brazo robtico. Dicho sensor consiste en un potencimetro el cul entrega un voltaje de -10V para una posicin de -90 y un

voltaje de 10V para una posicin de 90.

Su trabajo consiste en disear un circuito que convierta el voltaje en el rango de [-10V 10V]

(proveniente del sensor de rotacin) a una corriente de 4-20mA para ser transmitida a un mdulo de control. El sistema debe garantizar que la corriente se mantenga en 4mA si el voltaje es menor a

-10V y en 20mA si el voltaje es mayor a 10V. Tenga en cuenta que para obtener la seal en el mdulo de control se utiliza una resistencia de carga referenciada a tierra (carga aterrizada).

Despus de realizar el diseo lleve a cabo los siguientes puntos:

a. Realice el montaje del circuito diseado y colquele una resistencia de carga de 100. b. Construya la grfica de voltaje de entrada vs corriente de salida.

c. Obtenga la respuesta en frecuencia del circuito y la mxima excursin de seal.

d. Repita los pasos anteriores para una resistencia de carga de 250.

5. PREINFORME

5.1 Consigne los clculos y las simulaciones de los procedimientos de la seccin 4.1.

5.2Para la seccin 4.2, consigne el diseo realizado y todos los clculos utilizados. Adems incluya

las simulaciones de cada uno de los puntos requeridos (a, b, c y d).

6. INFORME

6.1 Consigne todos los valores obtenidos en el procedimiento de la seccin 4.1 y analice y compare

esos resultados con los obtenidos tericamente (clculos y/o simulacin).

R1

R2

Vout

R3

3

2 1

LF353

V1

R_LOAD

V2

R4

4

6.2 Consigne todos los valores obtenidos en el procedimiento de la seccin 4.2 y en base a ellos

indique si el diseo cumple con las caractersticas deseadas.

6.3 Indique si ha realizado algn cambio en el diseo implementado respecto al diseo presentado

en el preinforme y explique la razn de los cambios.

6.4 Indique las diferencias encontradas al utilizar una carga de 100 y una carga de 250 en el

procedimiento de la seccin 4.2

6.5 Investigue: Por qu se prefiere transmitir informacin con seales de 4mA a 20mA para

comunicaciones anlogas industriales?

6.6 Investigue y analice la configuracin (con amplificadores operacionales) para construir un

amplificador de instrumentacin.

6.7 Conclusiones, observaciones y bibliografa.

7. METODOLOGA

7.1 El Preinforme de clculos debe entregarse al inicio de la practica.

7.3 El informe debe presentarse en el formato de presentacin de artculos de la IEEE.

7.4 La nota asignada al laboratorio se calcular de la siguiente manera:

Preinforme: 20%

Prctica (montajes, funcionamiento): 40%

Informe: 40%

BIBLIOGRAFA

BOYLESTAD, Robert y NASHELSKY, Louis. Electrnica: Teora de Circuitos. 8 ed. Mxico:

Pearson Educacin, 2003. 1040p.

COUGHLIN, Robert y DRISCOLL, Frederick. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales. 5 ed. Mxico: Prentice Hall Hispanoamericana, 1999. 518 p. ISBN 9701702670.

FLEEMAN, Stephen. Electronic Devices: Discrete and Integrated. Prentice Hall. 1990.