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07-03-2017

ELECTRÓNICA ANÁLOGO-DIGITAL

1

http://redelo.jmc.usm.cl/sriquelme

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2277900

2

PROGRAMA: 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 Potencia El TRIAC, el SCR, el DIAC y OPTOACOPLADORES Control de ángulo de disparo en Corriente alterna Control de potencia en corriente Continua.

3

1

07-03-2017

ELECTRÓNICA ANÁLOGO-DIGITAL

Bibliografía • Electrónica: Teoría de Circuitos – Boylestad & Nashelsky • Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales – Coughlin & Driscoll • Dispositivos Electrónicos – Thomas Floyd • Principios de Electrónica – Malvino

4

Evaluación La 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”.

5

EVALUACIÓN 35 %

Jueves 4 de mayo

Certamen N° 2

35 %

Lunes 19 de junio

Exp. 2, 5 y 8 + Informe

30 %

Ver calendario

Certamen N° 1

Los certámenes se tomarán los días jueves y lunes

NO HAY TERCER CERTAMEN NI EXAMEN FINAL

Nota Evaluación Práctica Experiencia N° 2

30 %

Nota Evaluación Práctica Experiencia N° 5

35 %

Nota Evaluación Práctica Experiencia N° 8

30 %

30 % de la nota Final

6

2

07-03-2017

LABORATORIO LUNES

JUEVES

7

8

ELECTRÓNICA ANÁLOGO-DIGITAL

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

9

3

07-03-2017

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

+V Símbolo

Vi

V1

+

V2

-

Vo

-V

VO  A(V1  V2 )  AV1  AV2 AV1  No existedesfase  AV2  Existe desfase Si V1  V2  VO  0 Si VO  0



Existe tensión offset 10

Características Ideales del Amp. Op.    

Alta impedancia de entrada Baja impedancia de salida Ancho de banda infinito Ganancia infinita

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 11

AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR

V1

I

CORTOCIRCUITO VIRTUAL

V2

IF

R

i=0

V2

Vi

Rf -

Vo

+

Rf V2

Vo

IF IF 

V2  VO R 12

4

07-03-2017

CÁLCULO DE GANANCIA EN UN AMP. OP. INVERSOR RF

Vo

Vi R

A

Vi

A

+V

V2

t

Vo

+

t

-V

Vi  V2 V2  VO  R RF pero como V2  0 (cortocircuito virtual ) V1  VO  R RF  AV 

VO R  F Vi R

( Existe desfasede 180 O ) 13

TENSIÓN DE SALIDA EN UN AMP. OP. INVERSOR (formas de onda en secuencia de fase)

Vi A t

Vo A

t

14

CÁLCULO DE GANANCIA EN UN AMP. OP. NO INVERSOR

R

Vi

Vi

i=0

+ Vo

-

V2 R

Rf

por cortocircuito virtual V2  Vi  Vi 

Se aplica un divisor de tensión

VO  R R  RF

 AV 

VO R  1 F Vi R



Vi = V2

i=0

Rf

R

i

Vo

15

5

07-03-2017

CÁLCULO DE GANANCIA EN UN AMP. OP. NO INVERSOR Si la corriente de carga es igual a cero, se puede aplicar un divisor de tensión

iL = 0

RF Vo

V2 = Vi

R

RL

16

TENSIÓN DE SALIDA EN UN AMP. OP. NO INVERSOR (formas de onda en secuencia de fase) Vi A t

Vo A

t

17

FUENTE CON TIERRA FLOTANTE +V V V V -V

18

6

07-03-2017

LOS VALORES MÁXIMO DE LAS TENSIONES DE SALIDA EN UN AMP. OP. IDEAL SON +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 salida será aproximadamente de +13 y -13 volts Tensión de salida de un Amp. Op. con ganancia unitaria y alimentado con ± 15 volts.

Tensión de entrada a un Amp. Op. con ganancia unitaria

15 V

13 V

t -15 V

t -13 V 19

POLARIZACIÓN DE UN AMP. OP. Amp. Op. Inversor

Rf +V

R Vi

-

-Rf /R +

Vo

SI EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL ESTA ALIMENTADO SÓLO CON UNA FUENTE, LA SEÑAL DE SALIDA SALDRÁ DISTORSIONADA (SE ELIMINA EL SEMICICLO NEGATIVO, YA QUE NO EXISTE ALIMENTACIÓN NEGATIVA) 20

POLARIZACIÓN DE UN AMP. OP. Amp. Op. inversor Vo

V/2

V 2

Rf R

Vi

Vi

+V

t

+

R1

C

+V R1

Vo

Vo

V/2

t

C elimina la componente continua

21

7

07-03-2017

POLARIZACIÓN DE UN AMP. OP. Amp. Op. No inversor +V

R Vi

+ Vo

-

Rf

R

SI EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL ESTA ALIMENTADO SÓLO CON UNA FUENTE, LA SEÑAL DE SALIDA SALDRÁ DISTORSIONADA (SE ELIMINA EL SEMICICLO NEGATIVO, YA QUE NO EXISTE ALIMENTACIÓN NEGATIVA) 22

POLARIZACIÓN DE UN AMP. OP. Amp. Op. No inversor +V Vo R2

+V

R1

Vi

Vo

+ R2

-

V/2

V'o

+V V/2

C1

t

Rf

R

C

C permite el divisor de tensión entre RF y R sólo para corriente alterna

23

SEÑAL DE SALIDA ANTES DEL CONDENSADOR Y DESPUÉS DEL CONDENSADOR.

Vo

V'o

+V

+V V/2 t

t

24

8

07-03-2017

AMPLIFICADOR OPERACIONAL LM741

offset null

1

in (-)

2

in (+)

3

GND

4

7 4 1

8

NC

7

+V

6

V out

5

offset null

25

AMPLIFICADOR OPERACIONAL OP07CP

VOS TRIM

1

in (-)

2

in (+)

3

V

-

8

O P

7

0 7 C P

4

VOS TRIM V

+

6

V out

5

NC

26

AJUSTE INTERNO DE LA TENSIÓN DE OFFSET PARA EL AMP. OP. LM741. Rf R

2 3

+V -

6

+

741

1

Vo

5 10k

-V 27

9

07-03-2017

AJUSTE INTERNO DE LA TENSIÓN DE OFFSET PARA EL AMP. OP. OP07CP Rf R

+V

2

7

-

6

OP07

3 +

Vo

4

1

8 10k

+V 28

AJUSTE UNIVERSAL DE LA TENSIÓN DE OFFSET PARA AMPLIFICADORES OPERACIONALES. Rf +V

R +V

Vi

-

Vo

+

-V

AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR 29

AJUSTE UNIVERSAL DE LA TENSIÓN DE OFFSET PARA AMPLIFICADORES OPERACIONALES. +V

Rf +V

R Vi

+

Vo

-V

AMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSOR

30

10

07-03-2017

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 necesario para obtener un ajuste de Vo Offset de +100 mV a -100 mV app. al variar el Rp entre el máximo y el mínimo.

31

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSOR GANANCIA UNITARIA. CON TIERRA FLOTANTE Vo 15 +15V Vi

4

+ -15V

4 15

Vo

Vi

-15 RF

Polarización de un Amp. Op.

32

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSOR Vo

Vo

+V

+V

Vi -V

t

-V Vi

GANANCIA UNITARIA CON TIERRA FLOTANTE

t 33

11

07-03-2017

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR Vo

Vo

+V

Vi

t

-V Vi

R R

Vi

+V -

Vo

+ t

-V

GANANCIA UNITARIA CON TIERRA FLOTANTE 34

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSOR GANANCIA UNITARIA. SIN TIERRA FLOTANTE Vo

Vo

+V

Vi

t AL NO EXISTIR TENSIÓN NEGATIVA DE POLARIZACIÓN, SE RECORTA EL SEMICICLO NEGATIVO

Vi

t

35

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSOR GANANCIA UNITARIA. SIN TIERRA FLOTANTE Vo

Vo

+V +V/2 Vi V/2 Vi

t PARA EVITAR EL RECORTE DEL SEMICICLO NEGATIVO SE "MONTA" LA SEÑAL DE ENTRADA EN UN NIVEL CONTINUO V/2 PARA MSS

t 36

12

07-03-2017

PARA EVITAR EL RECORTE DEL SEMICICLO NEGATIVO, ES POSIBLE “CORRER” LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA HACIA EL LADO IZQUIERDO. Vo

Vo

+V +V/2 -V/2

+V/2

Vi

t

Vi

t 37

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AUMENTO DE LA GANANCIA

Vo 15 4 4 15 -15

Vi

Aumento de la ganancia o La F. de T. tiende a 90

38

COMPARADORES FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA DE UN AMP. OP. SIN LAZO DE REALIMENTACIÓN (Ganancia del Amp. Op. muy grande) Amp. Op. con tierra flotante Vo

Vo

+V

+V

-V

Amp. Op. sin inversión de fase

Vi

-V

Amp. Op. con inversión de fase

Vi

39

13

07-03-2017

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR GANANCIA EN LAZO ABIERTO SIN TIERRA FLOTANTE. TENSIÓN DE REFERENCIA = 0 Vo +V +V Vi Vo +

Vi

40

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR GANANCIA EN LAZO ABIERTO CON TIERRA FLOTANTE TENSIÓN DE REFERENCIA = 0 Vo +V -

Vi

+ -V

+V Vo Vi

-V

41

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR GANANCIA EN LAZO ABIERTO SIN TIERRA FLOTANTE TENSIÓN DE REFERENCIA  0

Vo Vi

+V +

+V Vo VREF

Vi

VREF

42

14

07-03-2017

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR GANANCIA EN LAZO ABIERTO CON TIERRA FLOTANTE TENSIÓN DE REFERENCIA  0 Vo Vi VREF

+V + -V

+V Vo Vi

VREF

43

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR GANANCIA EN LAZO ABIERTO SIN TIERRA FLOTANTE TENSIÓN DE REFERENCIA  0

Vo Vi

+V +

+V Vo VREF

Vi

VREF

44

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR GANANCIA EN LAZO ABIERTO CON TIERRA FLOTANTE TENSIÓN DE REFERENCIA  0

Vo Vi VREF

+V + -V

+V Vo VREF

Vi

45

15

07-03-2017

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 VO

VO Vi

VO

+V

VREF

Vi

t t1

t2

t3

t4

-V

0

Vi

t1

VO = +V t2

Vo

VO = – V

+V Vi

t3

+V

-

Vo

+ VREF

t4

Vi VREF

-V

–V

t

POLARIZACIÓN DE UN LED (light emitter diode)

R

V  V LED

+

V

I LED

+R-

i

V LED  1,5 volt

VLED

I LED  10 mA +v VLED

OTRA FORMA DE ENCENDER UN LED

-R+

i 47

Ej. de un Amp. Op. como comparador El LED se encenderá cuando la tensión de entrada (A) se haga = 4v +10V

Vo +V

A

-10V

+R-

4V

+V

VLED

4V

Vi

Para Vi menor que 4 volt el LED está apagado Para Vi mayor que 4 volt el LED está encendido 48

16

07-03-2017

EL AMP. OP. COMO “DETECTOR DE CRUCE POR CERO”.

Vi

Vi

A

+V +

R

Vo

t

Vo

+V A[V] t

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 VARIAR UNO DE LOS CANTOS Y EL OTRO QUEDE FIJO? queda fijo por ejemplo 49

¿ Se puede detectar el cruce por cero, si la señal de entrada no está rectificada en onda completa ? ¿Cómo se puede obtener el pulso inferior de la figura? (existen dos tensiones de referencia, una positiva y la otra negativa)

Vi

VREF1

t

-VREF2

Vo

t

50

CARGA DE UN CONDENSADOR CUANDO SE LE APLICA UN ESCALÓN +V +V

+V R +V C

Vc = V(1-e

-t/RC

)

VC

V(1-e

-t/RC

)

51

17

07-03-2017

Ejercicio Diseñe un apagado o encendido de un LED después de 20 segundos de energizado el circuito.

Temporizador 20 Seg.

Vcc

Luz

COMPARADOR CON VREF.

INTEGRADOR

RETARDO ( DELAY ) 52

CIRCUITO QUE “APAGA” UN LED A UN TIEMPO DADO +V TAREA

•

R C

+V

RLED

-

•

+

R1

¿Qué sucede si se da vuelta la malla RC? ¿De que otra forma se podría cambiar la función del circuito?

R1

t  0,69 RC ( demostrarlo)

53

EL AMP. OP. COMO “SUMADOR INVERSOR”

V1 V2 V3 Vn

R R

Rf

IF

i

+V -

R V

+

R R1

Vo

-V

TAREA: DEMOSTRAR QUE….

VO 

 RF (V1  V2  V3          Vn ) R

54

18

07-03-2017

EL AMP. OP. COMO “SUMADOR NO INVERSOR” R

V1

R

V2

R

V3

i1 i2

i

+V

V

i3 R

Vn

Vo in

V RF

R1

TAREA: DEMOSTRAR QUE…..

 R  1 VO  1  F      V1  V2  V3        Vn  R  n 

55

EL AMP. OP. EN INSTRUMENTACIÓN

V2

+ -

R

VA/2

R

R

VB

-

Rp VA R

V1

Vo

+ R

R

VA/2

+

DEMOSTRAR QUE:

 2 R  VO  V1  V2   1   R p  

56

PUENTE DE WHEASTON

+

+ R1

Vcc

V R2

-

R3

R1

R3

Vcc R4

V1

R2

V2

R4

-

LAS RESISTENCIAS PUEDEN SER REEMPLAZADA POR TRANSDUCTORES TALES COMO: UN NTC O UN PTC O UN STRAIN GAUGE U OTROS. 57

19

07-03-2017

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO “COMPARADOR CON HISTÉRESIS”

+V Vi

-

Vo

+ -V

R1 VREF

VREF1  VUT  VREF2  VLT 

V  R2

R2

R1  R2  V  R2 R1  R2

58

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO “COMPARADOR INVERSOR CON HISTÉRESIS” Vo

+V VLT

VUT  VLT 

VUT

Vi

V  R2 R1  R2

–V

 V  R2 R1  R2

59

“COMPARADOR INVERSOR CON HISTÉRESIS” VO

VO Vi

+V

VO

+V

VREF1

Vi

t

VREF2

t1

-V

t2

t3

t4

-V

0

Vi

t1

VO = +V

cuando se devuelve no encuentra VREF1 en la F de T

t2

VO = –V

TAREA: Dibujar una F. de T. No inversora y realizar el mismo dibujo, para encontrar VO

t3 cuando se devuelve no encuentra VREF2 en la F de T

t4

t

20

07-03-2017

“COMPARADOR NO INVERSOR CON HISTÉRESIS” VO

VO Vi

+V

VO

+V

VREF1

Vi

t

VREF2

t1

-V

t2

t3

t4

-V

0

Vi

t1

VO = –V

cuando se devuelve no encuentra VREF1 en la F de T

t2

VO = +V t3

cuando se devuelve no encuentra VREF2 en la F de T t4

t

OSCILADOR DE RELAJACIÓN GENERADOR DE ONDA CUADRADA Y TRIANGULAR R +V Vc

-

C

+ -V

Vo Vo R1

+V t

-V VC

R2

t

62

TAREA: En el siguiente circuito Deducir la F de T. con todos los valores en los ejes Encontrar las expresiones analíticas de V UT y VLT Si se aplica una señal senoidal de entrada, dibuje la señal de salida.

VREF

+V + -V

Vo

Vi R

nR 63

21

07-03-2017

CONTROL DE ÁNGULO DE DISPARO DE 180 O



+

V1

+

-

V

V2



-

+

-

+ V

-

V

+

V3

V -

+ V

-

+ V

-

VO

+V

COMPARADOR INTEGRADOR

COMPARADOR

DIBUJAR EN SECUENCIA DE FASE V1 ; V2 ; V3 ; VO 64

65

22