Practica5_EA_4CM4

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE CÓMPUTO
ASIGNATURA: ELECTRÓNICA ANALÓGICA 
PRÁCTICA No.5 
“CONFIGURACIONES BÁSICAS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES”
GRUPO: 4CM4
ALUMNO: ALVAREZ CAMPOS SAÚL MIGUEL
PROFESOR: OSCAR CARRANZA CASTILLO
FECHA DE REALIZACIÓN: 02 DE JUNIO DE 2023
FECHA DE ENTREGA: 14 DE JUNIO DE 2023
INTRODUCCIÓN
El amplificador operacional
Un amplificador operacional es un amplificador diferencial que tiene una ganancia demasiado grande, una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida. Su función principal es la de amplificar y modificar algunas características de las señales de voltaje como lo son la amplitud y polaridad. 
El diagrama básico de un amplificador operacional consta de dos entradas y una salida. Cada entrada produce una salida que es la misma o con polaridad opuesta que la salida que genera la otra entrada, esto depende de si la señal se aplica a la entrada positiva o a la entrada negativa. El amplificador operacional está compuesto por tres etapas: etapa diferencial, etapa de ganancia y etapa de salida.
El amplificador operacional incluye una etapa diferencial en la entrada que amplifica la diferencia de voltaje entre las dos entradas. Después de la etapa diferencial, hay una etapa de ganancia que amplifica aún más la señal diferencial. Esta etapa proporciona la ganancia necesaria para que el amplificador opere de acuerdo con las especificaciones requeridas. La última etapa trata sobre la salida del amplificador operacional que se encarga de entregar la señal amplificada a la carga externa. 
Los amplificadores operacionales tienen restricciones tanto en voltaje como en corriente. El voltaje de salida máximo se suele limitar a un valor ligeramente inferior a dos volts de alimentación. Asimismo, la corriente de salida está limitada por factores externos como la disipación de potencia y los valores nominales de los componentes.
El amplificador operacional se puede conectar en una gran cantidad de circuitos para obtener varias características de operación. En esta práctica nos enfocamos en las siguientes: 
Amplificador Inversor
El amplificador inversor se considera un circuito amplificador de ganancia constante. El voltaje de salida depende del voltaje y una ganancia fija, esta a su vez está en función de la resistencia de entrada y la segunda resistencia que se ubica en la entrada y salida del amplificador. Como la señal de entrada se aplica en la entrada negativa, la fase de la salida resultante es la opuesta a la de la señal de entrada.
Amplificador no inversor
Para la configuración de un amplificador no inversor la señal de entrada se aplica a la entrada no inversora y la segunda resistencia va a la entrada inversora, esta configuración se suele usar poco debido a que es menos estable en frecuencia. Para obtener el voltaje de salida hay que considerar que las resistencias forman un circuito divisor de voltaje que reduce el voltaje de salida y conecta el voltaje reducido a la entrada inversora. En esa idea, el voltaje de entrada es igual al divisor de voltaje del voltaje de salida, es decir:
Calculando la ganancia 
Luego, entonces la salida es
Seguidor de voltaje
En esta configuración se presenta una ganancia de 1 sin inversión de polaridad. Entonces 
Amplificador sumador
Este tipo de circuito permite sumar algebraicamente tres voltajes de entrada, cada uno multiplicado por la ganancia. Para esta configuración se conectan los voltajes de entrada a la entrada inversora mientras que la no inversora va a tierra. Con la idea de tierra virtual, la corriente de entrada que se puede considerar como la suma de cada corriente de voltaje de entrada es equivalente a la corriente de salida, considerando que en la salida solo se cuenta con la resistencia de retroalimentación se tiene que: 
Amplificador restador
Un amplificador restador es una configuración que se trata de un circuito que se utiliza para obtener la diferencia algebraica de dos o más señales de entrada. Se construye conectando una resistencia desde la entrada no inversora del amplificador operacional a una referencia de voltaje, y luego conectando una las señales de entrada a través de una resistencia a la entrada inversora y la otra señal a la entrada no inversora, de igual forma mediante una resistencia.
En el voltaje de salida se tiene que:
Amplificador integrador
Para esta configuración se utiliza un capacitor en lugar de una resistencia. El amplificador integrador realiza la operación de integración matemática en una señal de entrada. Su función principal es generar una salida que sea proporcional a la integral de la señal de entrada a lo largo del tiempo.
La señal de entrada se aplica a través de una resistencia a la entrada inversora del amplificador operacional, mientras que el capacitor se conecta entre la salida del amplificador y la entrada inversora. Cuando se aplica una señal de entrada al amplificador integrador, el capacitor se carga o descarga a través de la resistencia en función de la señal de entrada y el tiempo. Esto provoca que la salida del amplificador operacional varíe proporcionalmente a la integral de la señal de entrada. El voltaje de salida en función del tiempo queda como: 
Amplificador diferenciador
Un amplificador diferenciador ideal es un circuito que produce una salida proporcional a la razón de cambio del voltaje de entrada. En este circuito, el capacitor se coloca como el elemento de entrada y el resistor como el elemento de realimentación. Esto difiere de la configuración utilizada en un integrador. El voltaje de salida en función del tiempo queda como:
CONFIGURACIONES BÁSICAS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES
1. OBJETIVO
Al término de la práctica, el alumno comprobará las configuraciones básicas con amplificadores operacionales: Amplificador Inversor, Amplificador no Inversor, Seguidor de Voltaje, Amplificador Sumador, Amplificador Restador, Amplificador Integrador y Amplificador Derivador; así como interpretará los resultados obtenidos para los circuitos antes mencionados.
2. MATERIALES Y EQUIPOS
	
	Material
	
	Equipo
	4
	Amplificadores Operacionales TL071 o LM741
	1
	Protoboard
	2
	Resistencias de 560 Ω a ¼ W
	1
	Fuente de alimentación
	6
	Resistencias de 1K Ω a ¼ W
	1
	Multímetro
	2
	Resistencias de 2.2 KΩ a ¼ W
	1
	Generador de funciones
	4
	Resistencias de 10 K a ¼ W
	1
	Osciloscopio
	2
	Resistencias de 15 K a ¼ W
	1
	Cable BNC-Caimán
	5
	Resistencias de 100 K a ¼ W
	2
	Cables para Osciloscopio
	2
	Resistencias de 150 K a ¼ W
	2
	Puntas para multímetro
	2
	Resistencias de 220 K a ¼ W
	4
	Cables banana-Caimán
	2
	Resistencias de 560 K a ¼ W
	
	
	2
	Resistencias de 4.7 M a ¼ W
	
	
	2
	Capacitor de 0.01 µF
	
	
	2
	Capacitor de 0.0022 µF
	
	
	2
	Capacitor de 100 pF
	
	
Nota. La simbología empleada en los circuitos eléctricos está acorde a la norma ANSI Y32.2
3. DESARROLLO
3.1 Amplificador Inversor.
Armar el circuito de la Fig. 5.1, donde V3 es una fuente de voltaje senoidal con una amplitud pico a pico de 1.0 V y una frecuencia de 1 kHz.
 (
 
PRÁCTICA
 
5
)
 (
DR.
 
OSCAR CARRANZA
 
CASTILLO
) (
51
)
Fig. 5.1. Circuito del Amplificador Inversor.
En el osciloscopio observar el voltaje de entrada (Vi) en el canal 1 y el voltaje de salida (VO) en el canal 2, comparar la fase del voltaje de entrada y del voltaje de salida, graficar las formas de ondas que se obtienen del circuito en la Fig. 5.2 y obtener los datos solicitados en la Tabla 5.1.
500 mV/div canal 1 5 V/div canal 2 500 useg/div
Fig. 5.2. Gráfica de las señales de entrada y de salida del circuito del Amplificador Inversor.
Tabla 5.1 Valores del Amplificador Inversor
	Entrada (Vi)
	Salida (VO)
	Ganancia
	1.02v
	9.60v
	9.41
3.2 Amplificador No Inversor.
Armar el circuito de la Fig. 5.3, donde V3 es una fuente de voltaje senoidal con una amplitud pico a pico de 1.0 V y una frecuencia de 1 kHz.
Fig. 5.3. Circuito del Amplificador No Inversor.
En el osciloscopio observar el voltaje de entrada (Vi) en el canal 1 y en elcanal 2 el voltaje de salida (VO), comparar la fase del voltaje de entrada y del voltaje de salida, graficar las formas de ondas que se obtienen del circuito en la Fig. 5.4 y obtener los datos solicitados en la Tabla 5.2. 
500 mV/div canal 1 2 V/div canal 2 500 useg/div
Fig. 5.4. Gráfica de las señales de entrada y de salida del circuito del Amplificador No Inversor.
 	Tabla 5.2. Valores del Amplificador No Inversor	
	Entrada (Vi)
	Salida (VO)
	Ganancia
	1.18v
	4.8v
	4.06
Aumentar la amplitud de la fuente de voltaje senoidal V3 a 5.0 Vpp a una frecuencia de 1 kHz (Vi).
En el osciloscopio observar el voltaje de entrada (Vi) en el canal 1 y el voltaje de salida (VO) en el canal 2, graficar las formas de ondas que se obtienen del circuito en la Fig. 5.5 y obtener el voltaje de saturación positiva (+Vsat) y el voltaje de saturación negativa (-Vsat) en la Tabla 5.3.
2 V/div canal 1 10 V/div canal 2 500 useg/div
Fig. 5.5. Gráfica de las señales de entrada y de salida del circuito del Amplificador No Inversor Saturada.
Tabla 5.3. Valores de los voltajes de saturación del Amplificador Operacional.
	+Vsat
	-Vsat
	-10v
	10v
3.3 Seguidor de Voltaje
Armar el circuito de la Fig. 5.6, donde V3 es una fuente de voltaje senoidal con una amplitud pico a pico de 1.0 V y una frecuencia de 1 kHz.
Fig. 5.6. Circuito del Seguidor de Voltaje.
En el osciloscopio observar el voltaje de entrada (Vi) en el canal 1 y el voltaje de salida (VO) en el canal 2, comparar la fase del voltaje de entrada y de salida, graficar las formas de ondas que se obtienen del circuito en la Fig. 5.7 y obtener los datos solicitados en la Tabla 5.4. 
2 V/div canal 1 2 V/div canal 2 500 useg/div
Fig. 5.7. Gráfica de las señales de entrada y de salida del circuito del Seguidor de Voltaje. 
Tabla 5.4. Valores del Seguidor de Voltaje.
	Entrada (Vi)
	Salida (VO)
	Ganancia
	1.20v
	1.20v
	1v
3.4 Amplificador Sumador
Armar el circuito de la Fig. 5.8, donde V3 es una fuente de voltaje senoidal con una amplitud pico a pico de 1.0 V y una frecuencia de 1 kHz.
Fig. 5.8 Circuito del Amplificador Sumador.
Medir el voltaje de entrada (VA) mediante el multímetro en la opción de DC, en el osciloscopio observar el voltaje de entrada (VB) en el canal 1 y el voltaje de salida (VO) en el canal 2, graficar las formas de ondas que se obtienen del circuito en la Fig. 5.9, considerando las entradas del Osciloscopio en modo CD, y obtener los datos solicitados en la Tabla 5.5.
2 V/div canal 1 2 V/div canal 2 500 useg/div
Fig. 5.9. Gráfica de las señales de entrada y de salida del circuito del Amplificador Sumador.
Tabla 5.5. Valores del Amplificador Sumador.
	Entrada (VA)
	Entrada (VB)
	Salida (VO)
	Ganancia de (VA)
	Ganancia de (VB)
	0.734v
	1.20v
	1.16v
	1.58v
	0.966v
3.5 Amplificador Restador
Armar el circuito de la Fig. 5.10, donde V3 es una fuente de voltaje senoidal con una amplitud pico a pico de 1.0 V, con un voltaje de offset de 1.5 V y una frecuencia de 1 kHz.
Medir el voltaje de entrada (VA) mediante el multímetro en la opción de DC, en el osciloscopio observar el voltaje de entrada (VB) en el canal 1 y el voltaje de salida (VO) en el canal 2, graficar las formas de ondas que se obtienen del circuito en la Fig. 5.11, considerando las entradas del Osciloscopio en modo CD, y obtener los datos solicitados en la Tabla 5.6.
Fig. 5.10. Circuito del Amplificador Restador
1 V/div canal 1 1 V/div canal 2 500 useg/div
 (
Entrada (V
A
)
Entrada
 
(V
B
)
Salida
 
(V
O
)
Ganancia
1.09V
1.12V
880mV
1.584v
)Fig. 5.11. Gráfica de las señales de entrada y de salida del circuito del Amplificador Restador Tabla 5.6. Valores del Amplificador Restador
3.6 Integrador
Armar el circuito de la Fig. 5.12, donde V3 es una fuente de voltaje cuadrada con una amplitud pico a pico de 1.0 V y una frecuencia de 1 kHz.
Fig. 5.12. Circuito del Integrador.
En el osciloscopio observar el voltaje de entrada (Vi) en el canal 1 y el voltaje de salida (VO) en el canal 2, graficar las formas de ondas que se obtienen del circuito en la Fig. 5.13, considerando las entradas del Osciloscopio en modo CD.
5 V/div canal 1 5 V/div canal 2 500 useg/div
Fig. 5.13. Gráfica de las señales de entrada y de salida del circuito del Integrador
3.7 Derivador
Armar el circuito de la Fig. 5.14, donde V3 es una fuente de voltaje triangular con una amplitud pico a pico de 1.0 V y una frecuencia de 1 kHz.
Fig. 5.14. Circuito del Derivador.
En el osciloscopio observar el voltaje de entrada (Vi) en el canal 1 y el voltaje de salida (VO) en el canal 2, graficar las formas de ondas que se obtienen del circuito en la Fig. 5.15, considerando las entradas del Osciloscopio en modo CD.
500 mV/div canal 1 10 V/div canal 2 500 useg/div
Fig. 5.15. Gráfica de las señales de entrada y de salida del circuito del Derivador.
4. SIMULACIONES
3.1 Amplificador Inversor
3.2 Amplificador No Inversor
		
3.3 Seguidor de Voltaje
3.4 Amplificador Sumador
				
3.5 Amplificador Restador
				
3.6 Integrador
3.7 Derivador 
5. ANÁLISIS TEÓRICO.
Realizar el cálculo del voltaje de salida y de la ganancia en voltaje de los circuitos con amplificadores operacionales que se realizan en la práctica.
· Amplificador Inversor
· Amplificador No Inversor
· Seguidor de Voltaje
· Amplificador Sumador
· Amplificador Restador
Con offset
· Integrador
Para 
Para 
		
· Derivador
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los resultados obtenidos en el desarrollo experimental de esta práctica son diferentes a los demás resultados, esto se debe por diferentes factores a los que son sometidos los materiales. 
Se considera que las gráficas de los amplificadores obtenidas de las simulaciones y del desarrollo experimental tienen una similitud y esta se encuentra en la forma de la onda obtenida pero lo que es diferente son los datos obtenidos ya que estos llegan a variar en los decimales. También los valores obtenidos pueden varias por las diferentes escalas a las que estén ajustados los osciloscopios.
Una diferencia notable que se encuentra entre los resultados es en el desarrollo de los amplificadores derivador e integrador ya que en todos los medios de desarrollo de la práctica (experimental, simulación y cálculos) se obtienen datos diferentes que no se acercan los unos a los otros. 
7. CUESTIONARIO
1. ¿Cuáles son las características ideales de los amplificadores operacionales en lazo abierto?
Las características ideales de un amplificador operacional en lazo abierto son:
· Ganancia de voltaje infinita .
· Ancho de banda infinito .
· Impedancia de entrada infinita . 
· Impedancia de salida cero .
· Balance perfecto .
2. ¿Qué determina la máxima respuesta en frecuencia del amplificador operacional?
La máxima respuesta en frecuencia de un amplificador operacional está determinada por la ganancia y la capacidad de respuesta.
3. ¿Qué representa el signo negativo en los circuitos: inversor, sumador, derivador e integrador?
El signo negativo de la expresión indica la inversión de fase entre la entrada y la salida. Quiere decir que si inyectas una señal en la entrada con signo negativo la señal amplificada sale invertida, es decir, si aplicas una tensión positiva vas a tener a la salida una tensión negativa o viceversa.
4. ¿Qué significa la tierra virtual en los arreglos básicos con amplificadores operacionales?
La tierra virtual es un concepto utilizado en los arreglos básicos con amplificadores operacionales para simplificar y analizar los circuitos.
5. ¿Qué función tiene el circuito seguidor de voltaje?
Tiene la función de proporcionar aproximadamente el mismo voltaje que entra al circuito, pero con una impedancia de entrada muy alta.
6. ¿Cuál es la finalidad de agregarle una resistencia en paralelo al capacitor en el integrador y un capacitor en paralelo a la resistencia del derivador?
Agregar una resistencia en paralelo al capacitor en un integrador y un capacitor en paraleloa la resistencia en un derivador cumple con la finalidad de limitar la ganancia en frecuencia de los circuitos y mejorar su desempeño en ciertos rangos, evitando la amplificación excesiva de ruido en frecuencias altas y bajas.
7. ¿Cuál es la condición que se debe de cumplir en el restador para que realice su función adecuadamente?
La condición que se debe de cumplir es que 
8. CONCLUSIONES INDIVIDUALES
Esta práctica se realizó para conocer las diferentes configuraciones que pueden tener los amplificadores operacionales, se observó el funcionamiento de estos dispositivos en diferentes circuitos.
En base a los resultados obtenidos en la práctica, se observó que los amplificadores operacionales cuentan con diferentes características como lo son: impedancia de entrada alta, impedancia de salida baja, ganancia de voltaje alta, etc. 
También se comprendió que las distintas configuraciones que poseen los amplificadores operacionales permiten realizar diferentes funciones, como amplificación de señales y adaptación de impedancias, suma y resta de señales, filtrado de señales y operaciones matemáticas. 
Además, el uso del osciloscopio permitió hacer una observación más detallada de las señales de salida y entrada de las diferentes configuraciones de los amplificadores operacionales, demostrando que cada configuración cuenta con una señal distinta tanto en magnitud como dirección. 
En conclusión, los amplificadores operacionales son componentes esenciales en el diseño de circuitos electrónicos ya que sus configuraciones permiten amplificar, adaptar, filtrar y procesar señales de manera eficiente, brindando versatilidad y funcionalidad en una gran variedad de aplicaciones.
9. REFERENCIAS
· Boylestad, R. L., Nashelsky, L., & Salas, R. N. (2009). Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Pearson Educación.
· Floyd, T. L., & Salas, R. N. (2008). Dispositivos electrónicos 8ED. Pearson Educación.