Practica05_RogelioManríquezCobián - Rogelio Manríquez Cobián (12)

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Circuitos Integrados Lineales: Práctica No. 5 
Convertidores de voltaje a corriente 
Universidad de Guanajuato – Campus Salamanca 
Rogelio Manríquez Cobián 
Ingeniería en Sistemas Computacionales 
Universidad de Guanajuato - DICIS 
Salamanca, Guanajuato 
r.manriquezcobian@ugto.mx 
 
Abstract—En la siguiente práctica se realizará el tema de 
convertidores de voltaje a corriente utilizando análisis y el 
desarrollo del circuito en físico para la aplicación. 
I. INTRODUCCIÓN 
Un convertidor de voltaje a corriente, comúnmente 
llamado amplificador de transconductancia, acepta como 
entrada un voltaje 𝑉𝑖 y proporciona como salida una corriente 
de la forma 𝑖0 = 𝐴𝑣𝑖, donde A es la ganancia o sensitividad 
del circuito, expresada en amperes por volt. Para una 
aplicación real de este tipo de convertidor, la función 
característica de transferencia toma la forma: 
𝑖0 = 𝐴𝑣𝑖 −
𝑉𝐿
𝑅0
 (1) 
Donde 𝑉𝐿 es el voltaje entregado en la carga de salida como 
una respuesta de la corriente 𝑖0 y 𝑅0 es la resistencia de salida 
del convertidor que es observada por la carga. Para una 
conversión real voltaje a corriente (𝑉 − 𝐼), 𝑖0 deberá cumplir 
la condición: 
𝑅0 = ∞ 
 Puesto que la salida entrega por el convertidor es una 
corriente ( 𝑖0 ), el circuito necesita una carga para que su 
operación sea correcta, esto es, el dejar abierta la salda del 
circuito se reflejará en un malfuncionamiento de la corriente 
entregada 𝑖0 ya que no encontrará un camino por donde fluir. 
De forma semejante, el voltaje de salida 𝑉𝐿 entregado a la 
carga deberá estar dentro del rango permitido para que el 
circuito opere dentro de los niveles de voltaje antes de que se 
presenten efectos de la saturación por parte de los 
amplificadores operacionales. 
II. EQUIPO Y MATERIAL 
A. Material 
• Amplificador Operacional cuádruple TL084 
• Resistores: Varios valores según diseño. 
• Plantilla de experimentos. 
• Potenciómetro 10kΩ 
B. Equipo 
• Fuente de voltaje dual. 
• Osciloscopio digital. 
• Generador de funciones. 
 
III. DESARROLLO 
A. Convertidor V – I con carga a tierra 
Uno de los convertidores de voltaje a corriente más 
utilizados es el referido a su creador, la fuente corriente 
Howland, el circuito consiste de una fuente de voltaje de 
entrada 𝑉𝑖 conectada con una resistencia en serie 𝑅1 y un 
convertidor de resistencia negativa que sintetiza una 
resistencia de tierra de valor −𝑅2𝑅3/𝑅4 . El circuito se 
muestra en la Figura 1 y su equivalente de Norton en la Figura 
2. 
Figura 1: Configuración de una fuente de corriente Howland. 
Figura 2: Equivalente de Norton de la fuente de corriente 
Howland. 
 
El análisis de este circuito nos permite encontrar las 
condiciones para el cual la resistencia de salida que observa la 
carga 𝑅𝐿 tiende a 𝑅0 → ∞. Para esto, iniciamos planteando la 
ecuación de nodo en la terminal no-inversora ( 𝑣+ ) del 
OpAmp, como se muestra a continuación: 
𝑉+ (
1
𝑅𝐿
+
1
𝑅1
+
1
𝑅2
) =
𝑣𝑖
𝑅1
+
𝑣0
𝑅2
 
 Observando la configuración de la fuente de corriente, 𝑣0 
puede ser expresado en función del 𝑣+ considerando la 
configuración de un amplificador no-inversor, de la siguiente 
forma: 
𝑣0 = (1 +
𝑅4
𝑅3
) 𝑣+ 
Combinando ambas ecuaciones tenemos: 
𝑣+ (
1
𝑅𝐿
+
1
𝑅2
+
1
𝑅2
) =
𝑣𝑖
𝑅1
+
1
𝑅2
(1 +
𝑅4
𝑅3
) 𝑣+ 
 
=
𝑣𝑖
𝑅1
+
1
𝑅2
+ (
𝑅4
𝑅2𝑅3
) 𝑣+ 
Simplificando: 
𝑣+
𝑅𝐿
+
𝑣+
𝑅1
=
𝑣𝑖
𝑅1
+ (
𝑅4
𝑅2𝑅3
) 𝑣+ (2) 
 
𝑣+
𝑅𝐿
=
𝑣𝑖
𝑅1
− (
1
𝑅1
−
𝑅4
𝑅2𝑅3
) 𝑣+ (3) 
 
𝑣+
𝑅𝐿
=
𝑣𝑖
𝑅1
− (
𝑅2𝑅3 − 𝑅1𝑅4
𝑅1𝑅2𝑅3
) 𝑣+ (4) 
 
Comparando las ecuaciones (1) y (4), tenemos: 
 
𝑖𝐿 = 𝐴𝑣𝑖 −
1
𝑅0
𝑣+ (5) 
Donde: 
𝑖𝐿 =
𝑉𝐿
𝑅𝐿
 (6) 
 
𝐴 =
1
𝑅1
 (7) 
𝑅𝑜 =
𝑅1𝑅2𝑅3
𝑅2𝑅3 − 𝑅1𝑅4
 (8) 
De acuerdo a la ecuación (8), para que 𝑅0 → ∞ se requiere 
que 𝑅2𝑅3 − 𝑅1𝑅4 = 0, lo cual podemos expresar como: 
𝑅1
𝑅2
=
𝑅3
𝑅4
 
 
IV. DESARROLLO Y RESULTADOS 
A. Fuente de corriente Howland de 1mA 
La fuente de voltaje a realizar es la mostrada en la Figura 5. 
En este circuito, la transconductancia (Ganancia A) está dada 
por el resistor 𝑅1. Es decir, 𝐴 =
1
𝑅1
= (
1
12
) (
𝑚𝐴
𝑉
). Además de 
cumplirse la relación 
𝑅1
𝑅2
=
𝑅3
𝑅4
(
12𝑘Ω
4,7Ω
=
12𝑘Ω
4,7Ω
). 
Verifica el comportamiento de la fase de corriente para 
diferentes valores de carga 𝑅𝐿, completando la siguiente tabla: 
 
No 𝑹𝑳 𝒗𝑳 𝒊𝑳 
1 470Ω 0.5824 0.001240 
2 1.0kΩ 1.2800 0.001285 
3 1.2kΩ 1.4346 0.001195 
4 3.3kΩ 3.9300 0.001190 
5 4.7kΩ 5.6330 0.001198 
Tabla 1: Respuesta de la fuente de corriente a 5 diferentes 
cargas 𝑅𝐿. 
Figura 5: Fuente de corriente Howland de 1mA. 
Se mostrará el circuito armado para poder observar las 
conexiones que se deben hacer para su correcto 
funcionamiento en el Circuito 1: 
 
Circuito 1: Convertidor voltaje a corriente. 
 
 
• Resultados 
 
Con los resultados obtenidos de la tabla, el valor resistivo 𝑅𝐿 
varía cuando la tensión de salida se modifica e incrementa, 
pero únicamente su valor permanece constante con algunas 
variaciones bajas, esto significa que el voltaje de corriente del 
convertidor funciona correctamente. 
 
En la Figura 5 podemos observar el circuito, donde se 
hicieron lo cambios de las resistencias 𝑅1 y 𝑅3 , para 
asignarles un valor de 10kΩ. 
 
La manera en cómo se obtuvo estos resultados de la Tabla 1, 
fue utilizando un multímetro, en el cual podemos hacer la 
medición del nodo rojo señalado en la Figura 5. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
V. CONCLUSIÓN 
La realizacion de esta práctica tuvo un incoveniente al 
comienzo porque se percató que si se ponían las resistencias 
a modo de serie el circuito no funcionaba correctamente y 
esto proporcionaba datos erróneos al momento de querer 
llenar la table de mediciones. 
 
Después de corregirlo, se comprobó el correcto 
funcionamiento del circuito utilizando el multímetro, y 
tomando en cuenta que los valores resistivos propuestos 
porque la salida de la corriente dependerá de los valores. Sin 
embargo, es favorable ya que el circuito se mantiene de 
acuerdo a un ambiente ideal para el amplificador operacional. 
 
 
 
 
 
VI. REFERENCIAS 
[1] J. Kemmerly y W. Hayt, Engineering Circuit Analysis, 6a ed. McGraw-
Hill Publishing Co., 2001. 
[2] Instruments, T. (1977, February). TL08xx FET-Input Operational 
Amplifiers SLOS081M datasheet.[Online]. Available: 
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl082.pdf?ts=1647779707446. 
[3] John C C Nelson,Operational Amplifier Circuits: Analysis and Design, 
Butterworth-HeinemannEd., 1995. 
[4] Robert F Coughlin & Frederick F Driscoll,Amplificadores 
Operacionales y Circuitos Integra-dos Lineales, 4taEd., Prentice-Hall, 
1993. 
[5] Sergio Franco, Design with Operational Amplifiers and Analog 
Integrate 
[6] J. V. Wait, L.P. Huelsman, and G.A. Korn. Introduction to Operational 
Amplifier Theory and Aplications. New York. Mc -Graw Hill Book 
Company, 
[7] .J Huijsing, Operational Amplifiers. Springer, 2011. 
 
 
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl082.pdf?ts=1647779707446