Amplificador Diferencial Y Operacional

LABORATORIO: ELECTRONICA II EXPERIMENTO Nº 3 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL Y OPERACIONAL I.

OBJETIVO • •

II.

III.

Experimentar las propiedades del Amplificador Diferencial. Experimentar las propiedades del Amplificador Operacional.

FUNDAMENTO TEORICO •

Estudio del Amplificador Diferencial y Operacional.

•

Explicar los parámetros del transistor, Zi, Zo, Ad, Ac.

PROCEDIMIENTO

Vo V 1

V 2

Fig. 1-a

Fig. 1-b

1. Encontrar los puntos de reposo del amplificador a experimentar (Fig. 1-a y Fig. 1-b). Para Fig. 1-a:

IC=IE /2

IC=IE IC=IE/2 /2 Vo

IB V 1

IC=IE /2

IC=IE /2

IE Malla

V 2

Vo IB IC=IE/2

IC=IE/2

IE Malla

No consideramos la resistencia de 0.1 K, que funcionaba como potenciómetro unido con 4.7 K, ya que solo iba a variar entre 4.7 K y 4.8 K

En la figura: VB=0V, entonces IB=0A En la malla: 1K*IB + VBE + 0.22K*(IE/2) + 4.7K*IE = 12V 0 + 0.7V + 0.11K*IE + 4.7K*IE = 12V

IE = 2.35 mA Entonces: IC = IE/2 IC = 2.35 mA / 2

IC = 1.175 mA Se sabe que: VBE = VB – VE Pero: VB=0 VBE = 0 – VE =0.7 V

VE = -0.7 V VC = 12 V - IC*7.5 K

VC = 12 V - 1.175 mA*7.5 K

VC = 3.1875 V

VCE = VC - VE VCE = 3.1875 V - (-0.7 V)

VCE = 3.8875 V

Para Fig. 1-b: El potenciómetro variará de 0 K hasta 10 K, por lo que consideraremos una resistencia que tome el valor máximo del potenciómetro, para nuestro caso, 10 K

El anterior de la

Por divisor de tensión: VB = 4.7 K*(-12 V) / (4.7 K + 10 K)

VB = -3.84 V

circuito puede representarse siguiente forma:

VBE = VB – VE 0.7 V = -3.84 V - VE VE = -3.84 V - 0.7 V

VE = -4.54 V VE = IE*3.9 K – 12 V -4.54 V = IE*3.9 K -12 V IE = (-4.54 V + 12 V) / 3.9 K

IE = 1.91 mA IC = IE / 2 IC = 1.91 mA / 2

IC = 955 uA

Para Fig. 1-a y Fig. 1-b, implementadas:

IE = 1.91 mA IC = 955 uA Del circuito: VB = 0 VBE = VB – VE 0.7 V = 0 – VE

VE = -0.7 V VC = 12 V – 7.5 K*(IE/2) VC = 12 V – 7.5 K*(1.91 mA / 2)

VC = 4.8375 V VCE = VC – VE VCE = 4.8375 V – (-0.7 V)

VCE = 5.5375 V

2. Considerando que V1 y V2 son dos señales de la misma magnitud pero desfasadas una con respecto a la otra 180º, encontrar (Fig. 1-a y Fig. 1-b): Ad, Ac, Vo, Zi, Zo.

Doble Terminal (AD):

Teóricamente: V1

Vi

-Vi Vo

-V1

Del circuito:

Vi = V1 * 1K/(1K + 10K) Vi = V1/11

V1 = 11 * Vi

Sabemos:

IE = (1+β)*IB

hie = βre

Desarrollando: Vi = hie*IB + 0.22*(1+β)*IB + 0.22*(1+β)*IB +hie*IB –Vi 2Vi = 2(hie*IB + 0.22*(1+ β)*IB) Si β es demasiadamente grande, entonces: (1+ β) = β 2Vi = 2(β *re*IB + 0.22*β*IB) Vi = (re + 0.22 K)* β*IB

Como V1 = 11*Vi, entonces:

V1 = 11 * ((re + 0.22 K)* β*IB)

Para: Ad = Vo / Vd

Donde: Vo = 7.5 K * β * IB

Vd = V1 – (-V1) Vd = 2*V1

Reemplazando:

Ad = (7.5 K * β * IB) / (2*11((re + 0.22 K)* β*IB))

Ad = RC / (22*(re + 0.22 K))

Para Fig. 1-a:

RC = 7.5 K re = 26 mV / 1.175 mA re = 22.128 Ω = 0.022128 K

Ad = 1.407

Para Fig. 1-b: RC = 7.5 K re = 26 mV / 0.955 mA re = 27.23 Ω = 0.02723 K

Ad = 1.379

Experimentalmente:

Para Fig. 1-a:

AD = Vo / Vd

Donde: Vd = V1 – V2 Vd = 1V – (-1V) Vd = 2 V Reemplazando: AD = 2.243 V / 2 V

AD = 1.1215

Fig. 1-a y 1-b

AD = Vo / Vd

Donde: Vd = V1 – V2 Vd = 12mV – (-12mV) Vd = 24 mV Reemplazando: AD = 25.76 mV / 24 mV

AD = 1.073

Terminal Comun (Ac):

Experimentalmente:

Para Fig. 1-a:

AC = Vo / V1 Donde: V1 = 1.5 V Vo = 104.0 mV = 0.104

V

AC = 0.104 V / 1.5 V

AC = 0.0693

Fig. 1-a y 1-b

AC = Vo / V1 Donde: V1 = 1.5 V Vo = 53.44 uV = 0.05344 V AC = 0.05344 V / 1.5 V

AC = 0.03563

3. Qué ventajas se obtiene al utilizar una fuente de corriente en lugar de la Resistencia de emisor (Fig. 1-b). La fuente de Corriente, proporciona mayor estabilidad en el momento del flujo de corriente, ya que contiene en su estructura circuital, componentes que de alguna manera mejoran el rendimiento de esa fuente, a diferencia del uso de una sola resistencia.

4. Implementar el circuito de la Fig. 1-a

Experimentalmente:

Tenemos: VC = 3.229 V VE = -660.7 mV VCE = VC – VE VCE = 3.229 V-(- 0.6607 V)

VCE = 3.8897 V VCE teórico = 3.8875 V…………………………. valores aprox. Iguales.

Tenemos: IC = 1.167 mA IC teórico = 1.175 mA……………………………………. valores aprox. Iguales. 5. Aplicar señal hasta obtener la máxima señal de salida sin distorsión (f=2Khz.) Probamos con una señal de 12 V:

Observamos que tiene ciertas deformaciones; probamos con 5 V:

Sigue teniendo las mismas deformaciones aunque menos notorio. Probamos con una señal de 2 V:

Al parecer, la curva va tomando forma, entonces escogemos una señal de 1.5 V, para asegurar la forma de la curva:

Para obtener esta señal, se trabajo con los siguientes datos:

V1 = 1.5 V V2 = 1 V

AMPLIFICADOR OPERACIONAL Procedimiento: 1. Implemente los siguientes circuitos: R2 R1

V1

Vcc

Vo

V1

R1

Vcc

Vcc

Vcc RA

R2

Fig. 2-a

Fig.

2-b 2. Para Vcc=12 V y Vi = 1V Sen(t), calcular Vo para (Fig. 2-a y Fig. 2-b), RA = 1K

Vo

Teóricamente:

Para este caso tenemos: V1 = 1V*Sen (t) Con esto podemos decir que V1 es un voltaje alterno de entrada, y que esa señal de 1V*Sen (t) alcanza su punto más alto cuando Sen (t) =1, entonces t=π/2. Y resulta lógica la anterior afirmación, ya que la función sen (t) va a R1 R2 Fig. 2-a

Vo(p p)

10 K 10 K 4 V

10 K 20 K 6 V

10 K 30 K 8 V

10K 10K 10K 10K 10K 1 1 1 1 1100 00K 10K 20K 30K K 222 22V 24V 26V 28V V

Fig. -2 -4 -6 -20 -22 -24 -26 -220 2-b V V V V V V V V tener como dominio [-1,1] Si reemplazamos los valores limites de Sen (t), tenemos:

Vmax = 1V *(1) Vmax = 1V Vmin = 1V*(-1) Vmin = -1V

Por lo tanto, nosotros consideramos: V1 = 1V

Tenemos:

Para R1 = 10K y R2 = 10K Fig. 2-a: Vo (pp)=2*(1 + R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(1 + 10K/10K)*1V Vo (pp)=2*(1 + 1)*1V Vo (pp)=4 V

Fig. 2-b: Vo (pp)=2*(-R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(-10K/10K)*1V Vo (pp)=2*(- 1)*1V Vo (pp)=-2 V

Para R1 = 10K y R2 = 20K Fig. 2-a: Vo (pp)=2*(1 + R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(1 + 20K/10K)*1V Vo (pp)=2*(1 + 2)*1V Vo (pp)=6V

Fig. 2-b: Vo (pp)=2*(-R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(-20K/10K)*1V Vo (pp)=2*(- 2)*1V Vo (pp)=-4 V

Para R1 = 10K y R2 = 30K

Fig. 2-a: Vo (pp)=2*(1 + R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(1 + 30K/10K)*1V Vo (pp)=2*(1 + 3)*1V Vo (pp)=8 V

Fig. 2-b: Vo (pp)=2*(-R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(-30K/10K)*1V Vo (pp)=2*(- 3)*1V Vo (pp)=-6 V

Para R1 = 10K y R2 = 100K Fig. 2-a: Vo (pp)=2*(1 + R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(1 + 100K/10K)*1V Vo (pp)=2*(1 + 10)*1V Vo (pp)=22 V

Fig. 2-b: Vo (pp)=2*(-R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(-100K/10K)*1V Vo (pp)=2*(- 10)*1V Vo (pp)=-20 V

Para R1 = 10K y R2 = 110K Fig. 2-a: Vo (pp)=2*(1 + R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(1 + 110K/10K)*1V

Vo (pp)=2*(1 + 11)*1V Vo (pp)=24 V

Fig. 2-b: Vo (pp)=2*(-R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(-110K/10K)*1V Vo (pp)=2*(- 11)*1V Vo (pp)=-22 V

Para R1 = 10K y R2 = 120K Fig. 2-a: Vo (pp)=2*(1 + R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(1 + 120K/10K)*1V Vo (pp)=2*(1 + 12)*1V Vo (pp)=26 V

Fig. 2-b: Vo (pp)=2*(-R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(-120K/10K)*1V Vo (pp)=2*(- 12)*1V Vo (pp)=-24 V

Para R1 = 10K y R2 = 130K Fig. 2-a: Vo (pp)=2*(1 + R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(1 + 130K/10K)*1V

Vo (pp)=2*(1 + 13)*1V Vo (pp)=28 V

Fig. 2-b: Vo (pp)=2*(-R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(-130K/10K)*1V Vo (pp)=2*(- 13)*1V Vo (pp)=-26 V Para R1 = 10K y R2 = 1100K Fig. 2-a: Vo (pp)=2*(1 + R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(1 + 1100K/10K)*1V Vo (pp)=2*(1 + 110)*1V Vo (pp)=222 V

Fig. 2-b: Vo (pp)=2*(-R2 / R1)*V1 Vo (pp)=2*(-1100K/10K)*1V Vo (pp)=2*(- 110)*1V Vo (pp)=-220 V

3. Para cada uno de los casos anteriores y una señal cuadrada de 1Mhz de 1.8 V. Dibuje la onda de salida.

Experimentalmente:

Para Fig. 2-a:

R1=10k R2=10K

R1=10k R2=20K

R1=10k R2=30K

R1=10k R2=100K

R1=10k R2=110K

R1=10k R2=120K

R1=10k R2=130K

R1=10k R2=1100K

Para Fig. 2-b:

R1=10k R2=10K

R1=10k R2=20K

R1=10k R2=30K

R1=10k R2=100K

R1=10k R2=110K

R1=10k R2=120K

R1=10k R2=130K

R1=10k R2=1100K

IV.

OBSERVACIONES  Cuando nos pidan obtener el voltaje de salida en un OPAMP, tenemos que verificar siempre su voltaje de entrada, ya que su mal interpretación conlleva al error en los cálculos.  Siempre hacer las mediciones correctamente, usando el software WorkBench.  Comprobar dichas mediciones, cuando sea posible, con los valores teóricos encontrados.

V.

BIBLIOGRAFIA

NOTA: Usar el software WorkBench para el desarrollo del laboratorio.