- Determinar la respuesta en frecuencia para las configuraciones de un amplificador operacion inversor y no inversor.
- Reconocer la gráfica de respuesta en frecuencia de A.O, en las hojas de datos del fabricante.
- Calcular el ancho de banda BW con las mediciones efectuadas en la simulacion con software aplicado.
- Partiendo de la medición del tiempo de crecimiento de la señal (Tr rise time) y de la inclinación (Tilt) determinar el ancho de banda del circuito.
- Predecir la ganancia en lazo abierto de un A.O. Para cualquier frecuencia conociendo el BW de ganancia unitaria.
- Conocer la velocidad de respuesta Slew Rate.
- Calcular el máximo voltaje pico de salida para cualquier frecuencia si se conoce el SW.
Desarrollo Práctico:
1) Determinación de la respuesta en frecuencia para un amplificador operacional no inversor:
a) Dibujar el circuito de la figura 1 utilizando software aplicado.
b) Aplicar a la entrada una señal senoidal de 10 Hz 25 mVp.
c) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema, y calcular el valor de la ganancia de tensión y expresarla en dB.
G[veces] = 100
G[dB] = 40
d) Repetir el punto anterior para otros valores de frecuencia hasta los 200 KHz completando la siguiente tabla:
Frecuencia | Vi [mVp] | Vo [V] | Av [Veces] | Av [dB] |
10 | 25 | 2,5 | 100 | 40 |
30 | 25 | 2,5 | 100 | 40 |
50 | 25 | 2,5 | 100 | 40 |
100 | 25 | 2,5 | 100 | 40 |
300 | 25 | 2,5 | 100 | 40 |
500 | 25 | 2,5 | 100 | 40 |
1k | 25 | 2,5 | 100 | 40 |
5k | 25 | 2,47 | 98,8 | 39,9 |
10k | 25 | 2,35 | 94 | 39,46 |
20k | 25 | 2,07 | 82,8 | 38,36 |
30k | 25 | 1,73 | 69,2 | 36,8 |
50k | 25 | 1,27 | 50,8 | 34,12 |
70k | 25 | 974,91 m | 39 | 31,82 |
100k | 25 | 712,16 m | 28,5 | 29,1 |
150k | 25 | 479,13 m | 19,165 | 25,65 |
200k | 25 | 369 m | 14,76 | 23,38 |
e) Con los valores obtenidos en la tabla determinar la curva de la respuesta en frecuencia, graficancio la variación de la ganancia de tensión en dB, en funcion de la frecuencia en escala logarítmica.
f) Determinar las frecuencias de corte, es decir aquellos valores en la que la ganancia de tensión haya disminuido -3 dB de su valor máximo, marcar dichos valores en la curva y determinar el ancho de banda de la respuesta en frecuencia.
g) Modificar el circuito anterior tal como muestra la figura 2.
h) Repetir para esta nueva configuración circuital los puntos b), c), d), e).
G[veces] = 94,4
G[dB] = 39,5
Frecuencia | Vi [mVp] | Vo [V] | Av [Veces] | Av [dB] |
10 | 0,025 | 1,19 | 47,6 | 33,55 |
30 | 0,025 | 2,13 | 85,2 | 38,61 |
50 | 0,025 | 2,31 | 92,4 | 39,31 |
100 | 0,025 | 2,44 | 97,6 | 39,79 |
300 | 0,025 | 2,42 | 96,8 | 39,72 |
500 | 0,025 | 2,45 | 98 | 39,82 |
1k | 0,025 | 2,48 | 99,2 | 39,93 |
5k | 0,025 | 2,48 | 99,2 | 39,93 |
10k | 0,025 | 2,23 | 89,2 | 39,01 |
20k | 0,025 | 1,73 | 69,2 | 36,80 |
30k | 0,025 | 1,37 | 54,8 | 34,78 |
50k | 0,025 | 0,907 | 36,28 | 31,19 |
70k | 0,025 | 0,677 | 27,08 | 28,65 |
100k | 0,025 | 0,481 | 19,24 | 25,68 |
150k | 0,025 | 0,326 | 13,04 | 22,31 |
200k | 0,025 | 0,244 | 9,76 | 19,7 |
i) Graficar respuesta en frecuencia, y determinar nuevamente las frecuencias de corte y el BW, hacer comentarios.
Este circuito posee, a diferencia del anterior una frecuencia apreciable tanto de corte inferior como superior.
j) A continuación determinaremos la frecuencia de corte superior del circuito de la figura 2 mediante mediciones en régimen transitorio. Para ello reemplazaremos el generador de señal senoidal por uno de onda cuadrada de 25 mVpp, 1KHz.
k) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema midiendo el tiempo de crecimiento (rise time) y graficar la señal de entrada y salida.
Vi = 25mV
l) Calcular el valor de la frecuencia de corte superior, mediante la siguiente fórmula:
Fo = 0,35/Tr = 20,456KHz
m) A continuación determinaremos la frecuencia de corte inferior del circuito de la figura 2 mediante mediciones en régimen transitorio. En este caso excitaremos el circuito con una onda cuadrada de 25 mVpp, 50Hz.
n) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sitema midiendo la inclinación (tilt) y graficar la señal de entrada y salida.
Vi = 25mV
o) Calcular el valor de la frecuencia de corte superior, mediante la siguiente fórmula:
Fci = (P x F) / π = 10,97Hz
p) Con los valores obtenidos l) y o), determinar el BW, y comparar con los valores determinados en el punto i). Hacer comentarios.
BW = Fcs - Fci = 20,456KHz - 10,97Hz = 20,445KHz
Es común que al obtener un mismo resultado utilizando 2 tipos diferentes de mediciones se llegue a distintos valores finales, ya que en ámbos se producen errores de medida. Por aproximación, determinamos el ancho de banda del circuito en 20KHz.
2) En esta segunda etapa determinaremos la respuesta en frecuencia para un amplificador operacional no inversor
a) Dibujar el circuito de la figura 3 utilizando software aplicado.
b) Aplicar a la entrada una señal senoidal de 10 Hz 25 mVp.
c) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema, y calcular el valor de la ganancia de tensión y expresarla en dB.
Vo = 250mV
G [veces] = 10
G[dB] = 20
d) Repetir el punto anterior para otros valores de frecuencia hasta los 500 KHz completando la siguiente tabla:
| Frecuencia | Vi [mV] | Vo [mV] | Av [Veces] | Av [dB] |
| 10 | 25 | 250 | 10 | 20,00 |
| 30 | 25 | 250 | 10 | 20,00 |
| 50 | 25 | 250 | 10 | 20,00 |
| 100 | 25 | 250 | 10 | 20,00 |
| 300 | 25 | 250 | 10 | 20,00 |
| 500 | 25 | 250 | 10 | 20,00 |
| 1000 | 25 | 250 | 10 | 20,00 |
| 3000 | 25 | 249 | 9,96 | 19,97 |
| 5000 | 25 | 248 | 9,92 | 19,93 |
| 10000 | 25 | 245,4 | 9,816 | 19,84 |
| 50000 | 25 | 245 | 9,8 | 19,82 |
| 100000 | 25 | 234 | 9,36 | 19,43 |
| 150000 | 25 | 215,4 | 8,616 | 18,71 |
| 200000 | 25 | 200 | 8 | 18,06 |
| 250000 | 25 | 182 | 7,28 | 17,24 |
| 275000 | 25 | 176,6 | 7,064 | 16,98 |
| 300000 | 25 | 168,3 | 6,732 | 16,56 |
| 350000 | 25 | 155 | 6,2 | 15,85 |
| 400000 | 25 | 139 | 5,56 | 14,90 |
| 500000 | 25 | 119 | 4,76 | 13,55 |
e) Con los valores obtenidos en la tabla determinar la curva de la respuesta en frecuencia, graficando la variación de la ganancia de tensión en dB, en función de la frecuencia en escala logarítmica.
f) Determinar las frecuencias de corte, es decir aquellos valores en la que la ganancia de tensión haya disminuido -3 dB de su valor máximo, marcar dichos valores en la curva y terminar el ancho de banda de la respuesta en frecuencia.
g) Modificar el circuito anterior tal como muestra la figura 4.
| Frecuencia | Vi [mV] | Vo [mV] | Av [Veces] | Av [dB] |
| 10 | 25 | 151,2 | 6,048 | 15,63 |
| 30 | 25 | 222 | 8,88 | 18,97 |
| 50 | 25 | 233,7 | 9,348 | 19,41 |
| 100 | 25 | 240,5 | 9,62 | 19,66 |
| 300 | 25 | 246 | 9,84 | 19,86 |
| 500 | 25 | 248 | 9,92 | 19,93 |
| 1000 | 25 | 248,8 | 9,952 | 19,96 |
| 3000 | 25 | 247 | 9,88 | 19,90 |
| 5000 | 25 | 242 | 9,68 | 19,72 |
| 10000 | 25 | 225 | 9 | 19,08 |
| 20000 | 25 | 183 | 7,32 | 17,29 |
| 30000 | 25 | 145 | 5,8 | 15,27 |
| 50000 | 25 | 98 | 3,92 | 11,87 |
| 100000 | 25 | 52 | 2,08 | 6,36 |
| 200000 | 25 | 26,5 | 1,06 | 0,51 |
| 250000 | 25 | 21,4 | 0,856 | -1,35 |
| 300000 | 25 | 18 | 0,72 | -2,85 |
| 400000 | 25 | 13,6 | 0,544 | -5,29 |
| 500000 | 25 | 11 | 0,44 | -7,13 |
i) Graficar respuesta en frecuencia, y. determinar nuevamente las frecuencias de corte y el BW, hacer comentarios.
Este circuito posee, a diferencia del anterior una frecuencia apreciable tanto de corte inferior como superior. Además, se muestra claramente la etapa en que la ganancia en dB del circuito desciende por debajo de 0, transformándose en atenuador.
j) A continuación determinaremos la frecuencia de corte superior del circuito de la figura 2 mediante mediciones en régimen transitorio. Para ellos reemplazaremos el generador de señal senoidal por uno de onda cuadrada de 25 m Vpp, 1 KHz.
k)Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema midiendo el tiempo de crecimiento (rise time) y graficar la señal de entrada y salida.
Vi = -253,37mV
l) Calcular el valor de la frecuencia de corte superior, mediante la siguiente fórmula:
Fo = 0,35/Tr = 22,32KHz
m) A continuación determinaremos la frecuencia de corte inferior del circuito de la figura 2 mediante mediciones en régimen transitorio. En este caso excitaremos el circuito con una onda cuadrada de 25 mVpp, 50Hz.
n) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sitema midiendo la inclinación (tilt) y graficar la señal de entrada y salida.
o) Calcular el valor de la frecuencia de corte superior, mediante la siguiente fórmula:
Fci = (P x F) / π = 8,95Hz
p) Con los valores obtenidos l) y o), determinar el BW, y comparar con los valores determinados en el punto i). Hacer comentarios.
BW = Fcs - Fci = 22,32KHz - 8,95Hz = 22,31KHz
Al igual que en el ejercicio anterior, se producen variaciones entre los resultadosfinales debido al error de medición, y decidimos nuevamente asignar como valor del ancho de banda del circuito el de 20KHz.
3) Finalmente en esta tercera parte del práctico, analizaremos el comportamiento en la máxima velocidad de respuesta de diferentes circuitos de amplificadores operacionales.
a) Dibujar el circuito de la figura 5 utilizando software aplicado.
b) Aplicar a la entrada del circuito con el amplificador operacional LM741 una señal cuadrada con un generador de reloj de 1Vp frecuencia de 10KHz y un ciclo de actividad del 50%.
c) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema, y calcular el valor de la velocidad máxima de cambio de llamada slew rate.
SW = 0.16 V/uS
d) Repetir el punto anterior para los siguientes amplifciadores operacionales, AD8551, MC1458, TL081.
AD8551
SW = 0.18 V/uS
MC1458
SW = 1.6 V/uS
TL081
SW = 8.41V/uS
e) Con los valores medidos complete la siguiente tabla, y compare con los valores dados por los fabricantes.
ICs | Valor medido | Valor especificado |
LM341 | 0.16 V/µS | 0.5 V/µS |
AD8551 | 0.18 V/µS | 0.4 V/µS |
MC1458 | 1.6 V/µS | 0.8 V/µS |
TL081 | 8.41 V/µS | 16 V/µS |
f) Redacte las conclusiones finales del trabajo práctico.
Usamos el multisim 11 para todas las mediciones efectuadas en este trabajo práctico el cual es llamado Amplificador Operacional respuesta en frecuencia y aprendimos a determinar la respuesta en frecuencia en un amplificador inversor y no inversor, calculamos el ancho de banda BW de la misma, el valor de crecimiento (rise time), el valor de la inclinación (tilt), la velocidad máxima de cambio (slew rate).
