Trabajo Pràctico Nº2 Amplificador Operacial en circuitos multietapas

Objeto:

• Analizar y comprobar, configuraciones de circuitos amplificadores de varias etapas, con circuitos integrados de amplificadores operacionales.
• Conocer las caracterìsticas de operacion estaticas y dinamicas del amplificador operacional diferenciador.
• Analizar el funcionamiento y las limitaciones del circuito del amplificador de instrumentacion.
• Comprobar la experiencia haciendo uso de un programa de simulacion (Multisim, Proteus), adquiriendo destrezas en el manejo de mediciones con software aplicado.
• Comprender el funcionamiento de los circuitos realimentados.

1) Dado el siguiente sistema multietapas de la figura 1:


a) Hallar la expresión de la amplificación de tensión.


Análisis U1:

Análisis U2:

Análisis U3:

Resolución final:

b) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema.


c) Si variamos el valor de R1 utilizando software aplicado comprobar que efectos produce en la tensión de salida.



d) ¿Cómo podríamos obtener una ganancia de 20 dB.

2) Dado el siguiente multietapas de la figura 2:


a) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema la tensión en la entrada es senoidal y si valor pico es de 500 mV.

b) Grafique con osciloscopio la señal de entrada y de salida.

La ganacia del circuito es de 4 veces la tensión de entrada.


c) Compruebe analíticamente.

Análisis U1

Análisis U2

d) Calcular la potencia en la carga RL.

e) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, la tensión de la salida en una configuración simple de acuerdo con el circuito esquemático de la figura 3.


f) Grafique con osciloscopio la señal de entrada y de salida.


g) Compruebe analíticamente.

h) Calcular la potencia en la carga RL2.

i) Comparar los resultados de los cálculos obtenidos en d) y g). con los que se obtendrán. Obtenga conclusiones.

En el primer circuito, el cual esta formado por un restador al que le brindan las entradas un inversor y un no inversor, la potencia en la carga es de 2mW. En el segundo, formado por un solo amplificador del tipo inversor, la potencia en la carga es de 0.5mW.
La diferencia entre estos valores de debe a la diferencia en la tensión de salida de los circuitos, la cual se manifiesta debido a laconfiguración de los circuitos.

3) El amplificador de instrumentación es uno de los circuitos más útiles, precisos y versátiles disponibles en la actualidad. En cada unidad de adquisición de datos se encuentra al menos uno de ellos. Este circuito multietapas esta hecho de 3 amplificadores operacionales, 10 resistencias y un potenciómetro, como se observa en la figura 3, si se observa a detalle, se puede ver que este amplificador está basado en una primera etapa de un circuito aislador a partir de amplificadores seguidores permitiendo elevar la impedancia de entrada, de una segunda etapa de un circuito de amplificador diferencial básico.

a)Armar el amplificador de instrumentación mostrado en la figura 4.

b) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema, determinando el rango de variación de este parámetro cuando variamos el porcentaje de ajuste de potenciómetro R11.

Rango de variación:


c) Grafique con osciloscopio la señal de entrada y de salida máxima y mínima.

Mínima:

Entrada:
 

Salida:

Màxima:

Entrada:



Salida:

d) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, para el valor de tensión de salida máximo, el valor de la ganancia diferencial, deberás tener en cuenta que para realizar esta medición habrá que aplicar el teorema de superposición haciendo en este caso cero la señal V3.

e) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, para el valor de tensión de salida máximo, el valor de la ganancia en modo común, deberás tener en cuenta que para realizar esta medición habrá que aplicar el teorema de superposición haciendo en este caso cero las señales V1 y V2.
Con los valores de las ganancias obtenidos en los puntos d) y e), determinar la razón de rechazo en modo común (CMRR, common  modo rejection ratio) definido como:

CMRR= 20.log |Ad|/|Acm|

f) Realizar un anàlisis teòrico del circuito hallando la expresión de la tensión de salida total del sistema.

Modo diferencial

Anulando V2 y V3

U1

U2

U3

Anulando V1 y V3

U1

U2

Modo Común




Anulando V1 y V2 :




U1

U2

g) A partir de los resultados obtenidos, y de las mediciones efectuadas redactar las conclusiones finales del presente trabajo práctico.

Conclusiones:

El objetivo de este trabajo práctico fue, como indica el título, el de analizar circuitos configurados como multietapas, principalmente utilizando un AO diferenciador a la salida de 2 circuitos operaciones de los ya vistos (inversor, no inversor). La función del AO diferenciador es la de tomas 2 señales en sus entradas, restar una con otra y amplificar la diferencia resultante. También aprendimos algunas particularidades sobre el diferenciador, como el "Radio de Rechazo en Modo Común (CMRR)" -producido por señales externas que no pertencen al circuito (ruido)- del que se espera sea lo menor posible.
Todos los circuitos de la práctica fueron construídos, simulados y mdedidos en el Multisim11.