miércoles, 22 de junio de 2011

Trabajo Práctico N° 4: Amplificador Operacional Integrador y Derivador

Objeto:
  • Determinar la respuesta en frecuencia para las configuraciones de los amplificadores operacionales inegrador y derivador
  • Reconocer la gráfica de respuesta en frecuencia de los circuitos ideales y reales utilizando el Bode Platter
  • Calcular el ancho de banda BW con las mediciones efectuadas en la simulación con software aplicado
  • Determinar losefectos de una red RC sobre diferentes formas de ondas generadas por un generador de funciones, usando circuitos integrador y derivador activos
Desarrollo práctico:

1) Determinación de la respuesta en frecuencia para un circuito integrador con amplificador operacional inversor

a) Dibujar el circuito de la figura 1 utilizando software aplicado


b) Mediante la utilización del Blode Plotter graficar la respuesta en frecuencia de Magnitud, para un rango de 1KHz a 100 KHz. Seleccione la escala vertical de la ganancia desde 0 dB a 30 dB
c) Determinar la frecuenia de corte y el ancho de banda (marcar dichos valores en la curva de respuesta en frecuencia)

Frecuencia de corte: 159 Hz
Ancho de Banda: 159 Hz

d) Mediante la utilización del Blode Plotter graficar la respuesta de Fase, para un rango de 1KHz a 100KHz. Seleccione la lineal del ángulo de la fase desde 90° a 180°.
e) Determinar el valor de la fase a la frecuencia de corte, a 100Hz, a 1KHz y a 5KHz.

Frecuencia de corte (159 Hz):

100Hz:


1KHz:

5KHz:

f)Calcular analíticamente la expresión de la transferencia de tensión en el circuito integrador práctico ¿Cuál es el comportamiento de este circuito en función de la frecuencia?






Este circuito se comporta como pasa-bajos, ya que el ancho de banda se ubica en una zona de baja frecuencia (desde 0 hasta 159 Hz)

Como agregado, dejamos disponible un documento hecho con el programa MathCad, en el que se encuentra el ejercicio 1 completo y también sirve a modo de guía para la realización de sucesivos proyectos con el programa.

http://www.mediafire.com/?kcgjgku962atoc8

2)Análisis del comportamiento del circuito integrador con diferentes funciones en el dominio del tiempo

a) Dibujar el circuito de la figura 2 utilizando software aplicado.


b)Aplicar una señal de onda cuadrada con el generador de funciones de 100Hz y una amplitud de 1Vp. Observar las formas de onda de entrada y salida con el osciloscopio. Graficar la señal de entrada en el canal A y compararla con la señal de salida en el canal B, hacer comentarios.
Indique las escalas del osciloscopio:

Generador de funciones con 100 Hz y una amplitud 1Vp.


FEV CH A: 1 V/DIV
FEV CH B: 10 V/DIV
FEH: 5ms/DIV


Observamos las formas de onda de la entrada y de la salida, tenemos una onda cuadrada a la entrada y una onda con curva a la salida que se debe a la carga y descarga del capacitor, medimos con el osciloscopio y observamos la diferencia de los 2 canales (A y B).

c) Repetir las mediciones del punto b) con una onda cuadrada de 1KHz y 5KHz y graficar las formas de onda.

1KHz:



FEV CH A: 1 V/DIV

FEV CH B: 2 V/DIV

FEH: 500us/DIV

5KHz:



FEV CH A: 1 V/DIV

FEV CH B: 500 mV/DIV

FEH: 100us/DIV


d) Repetir las mediciones del punto b) con una onda triangular de 1KHz y 5KHz y graficar las formas de onda

1 KHz:


FEV CH A: 1 V/DIV

FEV CH B: 1 V/DIV

FEH: 500us/DIV

Observamos una entrada triangular con una salida de onda senoidal desfasada.

5KHz:



FEV CH A: 1 V/DIV

FEV CH B: 200 mV/DIV

FEH: 100us/DIV

Entendemos que al ingresar una onda triangular de 5Khz tendré una salida de una onda senoidal desfasada.

e) Indique los rangos en que el circuito integra y márquelos en la curva de respuesta en frecuencia.




3) Determinación de la respuesta en frecuencia para un circuito derivador con amplificador operacional inversor.

a) Dibujar el circuito de la figura 3 utilizando software aplicado.


b) Mediante la utilización del Blode Plotter graficar la respuesta en frecuencia de Magnitud, para un rango de 1Hz a 20KHz. Seleccione la escala vertical de la ganancia desde 0 dB a 50 dB.
c) Determinar la frecuencia de corte y el ancho e banda (marcar dichos valores en la curva de respuesta en frecuencia).

Frecuencia de corte: 12 KHz
Ancho de banda (medido con un rango máximo de 200KHz): 33 KHz

d) Mediante la utilización del Blode Plotter graficar la respuesta en frecuencia de Fase, para un rango de 1Hz a 20KHz. Seleccione la escala lineal del ángulo de la fase, para un rango de 1Hz a 20KHz. Seleccione la escala lineal del ángulo de la fase desde 0° a -180°.
e) Determinar el valor de la fase a la frecuenciade corte, a 100Hz, a 1KHz y a 5KHz.

Frecuencia de corte (12 KHz):
100 Hz:

1 KHz:

 5 KHz:

f) Calcular analíticamente la expresión de la transferencia de tensión en el circuito integrador práctico. ¿Cuál es el comportamiento de este circuito en función de la frecuencia?
















Este circuito se comporta como pasa-altos, ya que el ancho de banda se ubica en una zona de alta frecuencia (desde 12KHz hasta 45 KHz).

Como agregado, dejamos disponible un documento hecho con el programa MathCad, en el que se encuentra el ejercicio 3 completo y también sirve a modo de guía para la realización de sucesivos proyectos con el programa.

http://www.mediafire.com/?furw638al8ep55g


4) Análisis del comportamiento del circuitoderivador con diferentes funciones en el dominio del tiempo.

a) Dibujar el circuito de la figura 4 utilizando software aplicado.


b) Aplicar una señal de onda cuadrada con el generador de funciones de 100Hz y una amplitud de 1Vp. Observar las formas de onda de entrada y salida con el osciloscopio. Graficar la señal de entrada en el canal A y compararla con la señal de salida en el canal B, hacer comentarios.
Indique las escalas del osciloscopio:


FEV CH A: 1 V
FEV CH B: 10 V/DIV
FEH: 2ms/DIV


Observamos la entrada y la salida del circuito y tenemos una onda cuadrada a la entrada y un pulso a la salida


c) Repetir las mediciones del punto b) con una onda cuadrada de 1KHz y 5KHz y graficar las formas de onda.

1KHz:
 

FEV CH A: 1 V/DIV

FEV CH B: 10 V/DIV

FEH: 500us/DIV

5KHz:


FEV CH A: 1 V/DIV

FEV CH B: 10 V/DIV

FEH: 100us/DIV

d) Repetir las mediciones del punto b) con una onda triangular de 1KHz y 5KHz y graficar las formas de onda.

1 KHz:


FEV CH A: 1 V/DIV

FEV CH B: 5 V/DIV

FEH: 500us/DIV

5KHz:


FEV CH A: 500 mV/DIV

FEV CH B: 10 V/DIV

FEH: 100us/DIV

e) Indique los rangos en que el circuito integra y márquelos en la curva de respuesta en frecuencia.


f) Redacte las conclusiones finales del presente trabajo práctico.

Este Trabajo Práctico nos fue principalmente útil para cumplir 2 objetivos: el reconocimiento de los circuitos integrador y derivador y la repuesta en frecuencia que cada uno posee; y la utilización de la herramienta Bode Plotter.
El circuito integrador, que usa un capacitor para la realimentación, funciona como pasa-bajos, ubicando su ancho de banda en rangos bajos de frecuencia (hasta 159 Hz, segun las mediciones realizadas).
El circuito derivador, en cambio, utiliza un capacitor en la entrada además de las respectivas resistencias de entrada y realimentación, y su funcionamiento es del tipo pasa-altos, siendo que su ancho de banda comienza en altos rangos de frecuencia (a partir de 12 KHz y hasta los 45KHz).
El Bode Plotter es una herramienta muy potente que funciona dentro del Multisim, y es utilizada para analizar el comportamiento en frecuencia de los circuitos a los que es conectado, pudiendo hacerlo tanto en modo Amplitud, midiendo la amplitud con respecto a la frecuencia (para ancho de banda, por ejemplo), como en modo de Fase, midiendo el ángulo con respecto a la frecuencia (para medir el ángulo de fase).