Informe 5 Sumadores

INFORME DE LABORATORIO No. 5 Dorgi Alejandro Guativa e-mail: [email protected] José David Ramos Ríos e-mail: [email protected] Ninxon Alexis Silva Lima e-mail: [email protected] RESUMEN: En este laboratorio se desarrolló la práctica de amplificador operacional, utilizándolo como sumador. Con el objetivo de comprobar el funcionamiento teórico visto en la clase, como sus configuraciones y los modos de aplicación. PALABRAS CLAVE: Promediador, sumador, voltaje. INTRODUCCIÓN En el siguiente documento mostraremos el trabajo elaborado con amplificadores operacionales como sumadores, donde el amplificador sumador es una aplicación de la configuración de amplificador operacional inversor. El amplificador promediador y el amplificador escalador son variaciones del amplificador sumador básico. A continuación, se tratará de los circuitos sumadores básicos con ganancia unitaria y mayor que la unitaria. OBJETIVOS Analizar la operación de varios tipos de amplificadores sumadores, por medio de la práctica que se llevara a cabo en el laboratorio. Describir la operación de un amplificador sumador de ganancia unitaria. Describir la operación de un amplificador sumador de ganancia mayor que la unitaria. Describir la operación de un amplificador promediador. Comparar y analizar los resultados experimentales con los resultados teóricos y simulados. MARCO TEÓRICO AMPLIFICADOR SUMADOR CON GANANCIA UNITARIA. Un amplificador sumador tiene dos o más entradas y su voltaje de salida es proporcional al negativo de la suma algebraica de sus voltajes de entrada. En la Figura 1, se muestra un amplificador sumador de dos entradas, aunque se puede utilizar cualquier número. La operación del circuito y derivación de las expresiones de salida son como sigue. Se aplican dos voltajes, VENT1 y VENT2 a las entradas y producen las corrientes I1 e I2, como se muestra. Figura 1. Amplificador sumador inversor de dos entradas. Utilizando los conceptos de impedancia de entrada infinita y tierra virtual, se puede determinar que la entrada inversora (-) del amplificador operacional es aproximadamente de 0 V y que no fluye corriente a través de él. Esto significa que ambas corrientes de entrada I1 e I2 se combinan en un punto de suma A, y forman la corriente total (IT), la cual circula a través de Rf (Ec 1). (1) Como VSAL=-(IT) (RF), los siguientes pasos aplican (Ec. 2): (2) Si los tres resistores son iguales (R1 = R2 = Rf = R), entonces (Ec. 3): (3) La Ec. 3 muestra que el voltaje de salida tiene la misma magnitud que la suma de los dos voltajes de entrada pero con signo negativo, lo que indica inversión. En la siguiente Ec. 4 se da una expresión general para un amplificador sumador de ganancia unitaria con n entradas, como muestra la Figura 2, donde todos los resistores son del mismo valor. (4) Figura 2. Amplificador sumador con n entradas. AMPLIFICADOR SUMADOR CON GANANCIA MAYOR QUE LA UNITARIA. Cuando Rf es más grande que los resistores de entrada, la ganancia del amplificador es Rf/R, donde R es el valor de cada resistor de entrada de valor igual. La expresión general para la salida es (Ec. 5): (5) Como se ve, el voltaje (VSAL) tiene la misma magnitud que la suma de los voltajes de entrada multiplicada por una constante determinada por la relación -(Rf/R). PROMEDIADOR DE VOLTAJE. Se puede hacer que un amplificador sumador calcule el promedio matemático de los voltajes de entrada. Esto se realiza haciendo la relación Rf/R igual al recíproco del número de entradas (n). El promedio de varios números se obtiene sumándolos primero y luego dividiéndolos entre la cantidad de números que se tiene. La lámpara sólo se encenderá cuando la salida de los amplificadores operacionales sea un nivel bajo. MATERIALES A UTILIZAR Un osciloscopio. Generador de señales. Tres sondas. Entrenador. Una fuente de voltaje DC. Multímetro. Amplificador operacional LM741. Resistencias de diferentes valores nominales. PROCEDIMIENTO AMPLIFICADOR SUMADOR INVERSOR DE DOS ENTRADAS. Implemente el circuito de la Figura 1, hacer los cálculos y obtener el voltaje de salida. R1 = R2 = Rf = 1KΩ +V1 = 5V +V2 = 2V Valor Calculado Vsal = - (V1 + V2) Vsal = - (5V + 2V) Vsal = - 7V Valor Medido Vsal = - 6.981V Figura 3. Circuito detector de nivel cero implementado. DETECCIÓN DE NIVEL DISTINTO DE CERO. Implemente el circuito de la Figura 4 con una señal de entrada senoidal, use un voltaje de alimentación positivo y otro negativo. Verifique el voltaje de salida en ambos casos. En tanto Vent sea menor que VREF, la salida debe permanecer al nivel negativo máximo. Cuando el voltaje de entrada sobrepasa el voltaje de referencia, la salida alcanza su voltaje positivo máximo. Caso 1. Con voltaje de alimentación DC positivo: R1 = 1KΩ R2 = 1KΩ +V = 10V Figura 9. Detector del nivel distinto de cero con voltaje de alimentación positivo. Caso 2. Con voltaje de alimentación DC negativo: R1 = 1KΩ R2 = 1KΩ -V = -10V Figura 10. Detector del nivel distinto de cero con voltaje de alimentación negativo. Se observa en ambos casos un desfase debido a la saturación del amplificador operacional. COMPARADOR DE VENTANA. Implemente el circuito de la Figura 6 y compruebe el voltaje de salida. Vh=6V VL=3V Vent= variable Figura 11. Detector de ventana con voltaje de entrada de 2V. Figura 12. Detector de ventana con voltaje de entrada de 3,6V. Figura 13. Detector de ventana con voltaje de entrada de 6V. CONCLUSIONES Los amplificadores operacionales debido a su alta ganancia son buenos comparadores. Se verificó en el detector de nivel cero, que cada vez que una señal de onda seno de entrada cruce por cero, el amplificador operacional se va a su estado opuesto y la salida alcanza su nivel máximo negativo. Se verificó en el detector de nivel distinto de cero el comportamiento de la señal de entrada usando un voltaje positivo y uno negativo. Una de las aplicaciones del circuito detector del nivel cero, es que puede ser utilizado como circuito generador de ondas cuadradas a partir de ondas senoidales. REFERENCIAS [1] Thomas L. Floyd, “Dispositivos electrónicos”, 8va Ed. INFORME DE LABORATORIO No. 5 SUMADORES . 3