PRACTICA 2 CIRCUITOS OSCILADORES BASADOS EN AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Vista previa del material en texto

PRACTICA 2 CIRCUITOS OSCILADORES BASADOS EN AMPLIFICADORES OPERACIONALES
1. OBJETIVOS:
a. Comprobar las ecuaciones que describen el comportamiento de los circuitos osciladores.
b. Aprender a medir e interpretar las características eléctricas más importantes de los amplificadores operacionales.
c. Comprobar las características de operación de los amplificadores operacionales en las configuraciones orientadas a generar señales.
2. PREPARACIÓN:
	Para la realización de esta práctica, el estudiante tendrá que preparar la siguiente información, como soporte para la ejecución de la misma, que deberá ser presentada el día de la realización de la práctica en el laboratorio:
2.1. Revisar los contenidos con respecto a las configuraciones: generador de onda triangular, generador de onda cuadrada con D(%) variable y generador de onda senoidal.
2.2. Evaluar los circuitos en un software de simulación (recomendado MULTISIM). Adjuntar sus gráficas resultantes.
2.3. Evaluación teórica de los circuitos planteados basados en sus ecuaciones características.
3. MATERIALES E INSTRUMENTOS:
· Instrumentos virtuales (ELVIS) ó Instrumentos tradicionales (multímetro y osciloscopio, generador de señales, fuente regulable).
· 1 Amp. Op. LM741 ó uA741
· Lote de resistores de ¼ W
· Lote de capacitores
· Lote de diodos
4. PROCEDIMIENTO PRÁCTICO:
4.1. Conectar el circuito de la Figura 1. El voltaje de alimentación de los amplificadores operacionales debe ser de +15 y -15.
4.2. Con un osciloscopio visualice las señales en los nodos Va y Vb.
	Va
	Onda Simulada
	
	Onda Medida Nodo A y B
	
	Vb
	Onda Simulada
	
	Onda Medida Nodo A y B
	
4.3. Encontrar los parámetros de oscilación del circuito
	
	Valor medido
	Frecuencia
	Nodo Va
	922.5 [Hz]
	Nodo Vb
	922,1 [Hz]
	Amplitud
	Nodo Va
	0.51 V
	Nodo Vb
	13,7 V
4.4. El circuito anterior genera una señal bipolar. Para generar una señal unipolar se agrega un diodo (1N4004) en la rama de retroalimentación positiva del circuito comparador, tal como se muestra en la Figura 2.
4.5. Para este circuito resultante, repetir los pasos 4.2 al 4.4.
4.5.1 Con un osciloscopio visualice las señales en los nodos Va y Vb.
	Va
	Onda Simulada
	
	Onda Medida Nodo A y B
	
	Vb
	Onda Simulada
	
	Onda Medida Nodo A y B
	
 4.5.2 Encontrar los parámetros de oscilación del circuito
	
	Valor medido
	Frecuencia
	Nodo Va
	1905 [kHz]
	Nodo Vb
	 1890[kHz]
	Amplitud
	Nodo Va
	250 [mV]
	Nodo Vb
	 13,7 [mV]
4.6. Cuál es la función de cada una de las partes del circuito oscilador (Figura 1).
Para la realización del circuito oscilador procedemos a formar el primer circuito U1, el cual nos genera una señal cuadrada, la segunda parte del circuito U2 es la que nos generara la señal triangular y acoplamos los dos circuitos con la resistencia de 10KΩ
4.7. Ensamblar el circuito de la Figura 4.
El presente circuito es conocido como oscilador de puente de Wien constituido por un amplificador lineal a tramos, para estabilizar y linealizar la onda senoidal de salida y una red de realimentación en puente de Wien. La red de retroalimentación positiva define la frecuencia de oscilación.
Este circuito cuenta con dos tipos de retroalimentaciones. La salida de este oscilador es una onda senoidal.
4.8 La frecuencia de oscilación está definida por la siguiente expresión.
4.9 Para la figura anterior (R=100kΩ, C=1nF), determinar la frecuencia de oscilación:
	 (teórica)= 
	 1591.55 [Hz]
4.10 Ahora, mediante el osciloscopio, visualizar la señal de salida del circuito y determinar su frecuencia de oscilación.
	PUENTE DE WIEN
	ONDA SIMULADA
	
	ONDA MEDIDA
	
	Frecuencia
	
	
	
	
	1606 [Hz]
	
	
	
	
¿La señal senoidal es completamente estable en el tiempo?
La señal no es completamente senoidal, al iniciar la señal se puede observar que está empieza por una línea recta que luego de un tiempo va teniendo forma de una onda senoidal cuya amplitud va creciendo hasta estabilizarse en 76 mVp.
Explique las causas por las cuales la señal senoidal toma un tiempo en estabilizarse.
	La señal tarda alrededor de en estabilizarse, el tiempo que tarda en estabilizarse va en relación con la capacitancia del condensador, mientras más pequeña sea está, el tiempo de estabilización será mucho más corto, sim embargo también influye en el tiempo de estabilización el valor de la frecuencia.
4.11 Con base en lo anterior diseñe un circuito oscilador senoidal en base a puente Wien, con una frecuencia de oscilación de 500 Hz y repita los pasos 4.9 y 4.10. Mostrar la forma de onda.
A partir de la fórmula de la frecuencia se calcula el valor del resistor manteniendo el valor del condensador fijo.
Diseño del circuito:
4.11.1 Para la figura anterior (R=318.309 kΩ, C=1nF), determinar la frecuencia de oscilación:
	 (teórica)= 
	 500 [Hz]
4.11.2 Ahora, mediante el osciloscopio, visualizar la señal de salida del circuito y determinar su frecuencia de oscilación.
	PUENTE DE WIEN
	Onda Simulada
	
	Onda medida
	
	Frecuencia
	
	
	
	
	1606 [Hz]
	
	
	
	
 
¿La señal senoidal es completamente estable en el tiempo?
La señal no es completamente senoidal, al iniciar la señal se puede observar que está empieza por una línea recta que luego de un tiempo va teniendo forma de una onda senoidal cuya amplitud va creciendo hasta estabilizarse en 86 mVp.
Explique las causas por las cuales la señal senoidal toma un tiempo en estabilizarse.
	La señal tarda alrededor de 9 en estabilizarse, el tiempo que tarda en estabilizarse va en relación con la capacitancia del condensador, mientras más pequeña sea está, el tiempo de estabilización será mucho más corto, sim embargo también influye en el tiempo de estabilización el valor de la frecuencia.
4.12 Con base en lo anterior diseñe un circuito oscilador senoidal en base a puente Wien, con un frecuencia de oscilación de 1000 Hz y repita los pasos 4.13 y 4.14. Mostrar la forma de onda.
A partir de la fórmula de la frecuencia se calcula el valor del resistor manteniendo el valor del condensador fijo.
Diseño del circuito:
4.12.1 Para la figura anterior (R=159.16 kΩ, C=1nF), determinar la frecuencia de oscilación:
	 (teórica)= 
	 999.91 [Hz]
4.12.2 Ahora, mediante el osciloscopio, visualizar la señal de salida del circuito y determinar su frecuencia de oscilación.
	PUENTE DE WIEN
	ONDA SIMULADA
	
	ONDA MEDIDA
	
	Frecuencia
	
	
	
	
	996 [Hz]
	
	
	
	
¿La señal senoidal es completamente estable en el tiempo?
La señal no es completamente senoidal, al iniciar la señal se puede observar que está empieza por una línea recta que luego de un tiempo va teniendo forma de una onda senoidal cuya amplitud va creciendo hasta estabilizarse en 80 mVp.
Explique las causas por las cuales la señal senoidal toma un tiempo en estabilizarse.
	La señal tarda alrededor de 7 en estabilizarse, el tiempo que tarda en estabilizarse va en relación con la capacitancia del condensador, mientras más pequeña sea está, el tiempo de estabilización será mucho más corto, sim embargo también influye en el tiempo de estabilización el valor de la frecuencia.
4.13 Con base en lo anterior diseñe un circuito oscilador senoidal en base a puente Wien, con un frecuencia de oscilación de 3000 Hz y repita los pasos 4.13 y 4.14. Mostrar la forma de onda.
A partir de la fórmula de la frecuencia se calcula el valor del resistor manteniendo el valor del condensador fijo.
Diseño del circuito:
4.13.1 Para la figura anterior (R=53.1 kΩ, C=1nF), determinar la frecuencia de oscilación:
	 (teórica)= 
	 2997.3 [Hz]
4.13.2 Ahora, mediante el osciloscopio, visualizar la señal de salida del circuito y determinar su frecuencia de oscilación.
	PUENTE DE WIEN
	ONDA SIMULADA
	
	ONDA MEDIDA
	
	Frecuencia
	
	
	
	
	3003 [Hz]
	
	
	
	
¿La señal senoidal es completamente estable en el tiempo?
La señal no es completamente senoidal, al iniciar la señal se puede observar que está empieza por una línea recta que luego de un tiempo va teniendo forma de una onda senoidal cuya amplitudva creciendo hasta estabilizarse en 82 mVp.
Explique las causas por las cuales la señal senoidal toma un tiempo en estabilizarse.
	La señal tarda alrededor de 3 en estabilizarse, el tiempo que tarda en estabilizarse va en relación con la capacitancia del condensador, mientras más pequeña sea está, el tiempo de estabilización será mucho más corto, sim embargo también influye en el tiempo de estabilización el valor de la frecuencia.
4.14 En base a las experiencias anteriores. ¿De qué depende el tiempo de estabilización de la señal de salida?
El tiempo de estabilización depende del valor de la capacitancia del condensador, mientras más pequeño sea este valor la señal tendera a estabilizarse en un corto periodo de tiempo.
¿Este tiempo varía con respecto a la frecuencia de salida se mantiene constante para cualquier frecuencia de salida?
	El tiempo si varía con respecto a la frecuencia, en base a las experiencias se ha podido observar que mientras la frecuencia es menor el tiempo de estabilización es mayor comparada con el tiempo de estabilización de altas frecuencias.
5. Conclusiones
· Se observó que por medio de dos circuitos diferenciales se puede obtener dos tipos de señales, es decir la inversión de una señal cuadrada a una triangular.
· Se comprobó que cada amplificador cumple una función específica al conectar de diferentes maneras las entradas (inversor y no inversor) de los mismos.
· Podemos notar que la entrada del circuito era senoidal pero al momento de ingresar al primer circuito amplificador se transformaba a cuadrada luego esta señal pasaba al segundo circuito amplificador el cual nos daba una señal de salida triangular. 
· Luego realizamos varias practicas sobre el puente de Wien, en el cual se comprobó que la señal de salida empezaba como una línea recta la cual se iba estabilizando y linealizando en un determinado tiempo
6. Recomendaciones
· Saber manipular tanto el osciloscopio y el generador de funciones para realizar las prácticas con los valores pedidos.
· Colocar las fuentes que alimentan el circuito de forma correcta para una buena realización de las prácticas.
· Al momento de cambiar los resistores apagar las fuentes.
· Identificar la forma correcta de colocar los capacitores conforme al circuito.
V1
15 V 
V2
15 V 
U1
741
C1
1nF
R1
22.1kΩ
R2
100kΩ
R3
10kΩ
R4
100kΩ
C2
1nF
R5
100kΩ
D1
1N4148
D2
1N4148
XSC2
A
B
Ext Trig
+
+
_
_
+
_
V1
15 V 
V2
15 V 
U1
741
V3
15 V 
V4
15 V 
U2
741
R
10kΩ
Ri
14kΩ
C1
50nF
pR
28kΩ
Vb
Va
XSC1
A
B
Ext Trig
+
+
_
_
+
_