Actividad 4 - Amplificadores Operacionales

Introducción

Los Amplificadores Operacionales (AO) son circuitos integrados que contienen varias etapas transistorizadas acopladas todas ellas en continua con el objetivo de lograr una altísima ganancia de tensión.
Por su gran versatilidad, quizás éstos sean los circuitos integrados analógicos de baja señal más usados hoy dia como interfases de entrada al mundo digital.
Es muy abundante la bibliografía que explica su funcionamiento y se detallan aplicaciones, pero para empezar, un apretado resúmen de las características y usos que poseen los AO las pueden leer de Wikipedia.

Algunos items para tener en cuenta:
- Se los suele alimentar con una fuente de alimentación simétrica.
- Si no se los realimenta (se toma parte de la señal de salida y se reinyecta en la entrada normalmente con redes pasivas) los circuitos que se logran son alineales. El ejemplo típico es el comparador a lazo abierto que funciona entragando dos tensiones bien definidas a su salida en función del valor de tensiones a la entrada.
- En el caso de realimentarlos, puede suceder que la realimentación sea negativa. En este caso lo que se persigue es tener un amplificador lineal cuya ganancia de tensión dependa casi exclusivamente de la red pasiva externa utilizada. Si en cambio la realimentación es positiva entonces lo que se persigue es un circuito inestable. Esta situación se da en circuitos osciladores o también en comparadores con histéresis.

En esta actividad vamos a evaluar el comportamiento del amplificador operacional realimentado negativamente usado para amplificar señales continuas o alternas. Se realizarán experiencias relacionadas con su funcionamiento, buscando fijar los conceptos que subyacen al emplearlos en distintas situaciones.

Experiencia 1:

Amplificador Inversor 

1 - Armar prolijo el circuito del amplificador inversor, mostrado en la siguiente figura:

2 - Dibujar el circuito esquemático en el PROTEL. En J1 ubicar un Jumper.

Parte A - Comportamiento en continua

3 - Retirar del circuito el puente J1 y medir con el multímetro en el punto medio del PRESET (Va) los valores máximos y mínimos que entrega el divisor resistivo construido. Registrar y verificar los valores hallados contrastando en una tabla tanto los valores medidos y como los calculados.

Tension minima -1.5 Volt Tension Maxima 1.5

4 - Antes de realizar más mediciones, conectar el nodo marcado como Vs, a GND y verificar que la tensión de salida Vo es muy cercana a los cero volts. De no ser asi volver a verificar el correcto conexionado. Si aún persistiera la situación y si la tensión de salida fuese cercana a los +12 V ó  -12V es probable que el amplificador operacional esté quemado.

La medición dio de manera correcta, muy cercana a los 0 Volts, la medición fue de 8 mV.

5 - Conectar ahora el puente J1.

6 - Con el fin de realizar un gráfico, realizar 11 mediciones, variando de un extremo a otro el cursor del preset, registrar nuevamente el valor máximo y mínimo medido en Va ¿Varió significativamente respecto de la medición realizada en el punto 3?. Cinco de esas mediciones deben ser valores de tensión Vs positivas, las otras cinco negativas; la restante se debe desconectar nuevamente J1 y conectar la entrada Vs a tierra (GND). Para esta última medición leer cuidadosamente el valor de tensión de salida. (Esa tensión se conoce como tensión residual de salida u offset). Tratar de tomar valores de tensión a intervalos regulares.

7 - Volcar los valores medidos en una tabla similar a la mostrada.

8 - Usando un programa graficador (elegir cualquiera: excel, mathcad etc...) dibujar la función transferencia del circuito (Vo en función de Vs). A partir de las mediciones realizadas, ¿dentro de qué rango de valores el circuito se comporta linealmente? ¿porqué el circuito dice ser un inversor? 

Se comporta de manera lineal en los pequeños tramos que la linea es recta, es. El circuito se denomina inversor porque invierte el signo del valor que esta en la entrada, como podemos ver en la tabla, los valores de entrada y de salida nunca tienen el mismo signo, siempre que Vs es positivo, Vo es negativa, y cuando Vs es negativa, Vo es positiva.

9 - Contestar las siguientes preguntas y redactar los resultados del ensayo. (Para contestarlas quizás deba hacer algunas mediciones extras en el circuito).

• Dentro de la zona lineal ¿cuánto vale la ganancia de tensión del circuito? Exprese esa ganancia en veces y en dB. RESPUESTA: la ganancia de tensión vale -10 veces.
• Si varía la tensión de alimentación, ¿cambia su ganancia? (no sobrepase el 75 % los valores máximos admisibles). RESPUESTA:  Si, la ganancia varia al modificar la tension de alimentación, por ejemplo, si lo alimento con una tensión de 8 Volts, la ganancia es AVS = -8,37 
• Disminuir el valor de la tensión de alimentación. Observar en que momento deja de funcionar el circuito. Anotar la tensión mínima de alimentación que permite que el circuito funcione. RESPUESTA:  La tensión mínima a la que deja de funcionar el circuito es de 0,5 Volts y su correspondiente ganancia es de  AVS= -0,01138
• Si aumenta el valor de R2 llevándola a 220KOhms, ¿aumenta o disminuye la ganancia de tensión? RESPUESTA:  Llevando R2 a 220KOhms, la ganancia de tensión varia, de tal manera que pasa a valer AVS = -22 veces 
• Si disminuye el valor de R1 a 5600 Ohms, ¿aumenta o disminuye la ganancia de tensión? RESPUESTA:  Con el valor de R1 en 5600 Ohms, la ganancia de tensión varia de tal forma que pasa a valer AVS = -26 veces
• Si desconecta la resistencia de carga RL ¿cambia la ganancia? RESPUESTA: Cuando desconecto la resistencia de carga RL, la ganancia de tensión cambia, volviéndose mayor que antes.
• Si en vez de conectar el terminal 4 (pin 4) a Vee = -12 V, lo desconecto de -12 V y lo conecto a tierra, ¿funciona de la misma manera el circuito? ¿qué cambios observa? RESPUESTA: Sige amplificando, aunque la ganancia disminuye.
• Si disminuyo el valor R1 a 390 Ohms y R2 a 5600 Ohms, tratando de mantener la ganancia similar a los valores originales medir la nueva tensión Vs. RESPUESTA: El valor de Vs