TP 11 Aplicaciones no lineales de los amplificadores operacionales

1. En el limitador representado en la figura 1 los diodos zeners son idénticos (02DZ4.7).
Si Vi es una señal triangular de 5 Vp 100 Hz:
a) Dibujar el circuito en MULTISIM.

 
b) Simular el circuito y analizar los resultados obtenidos.
El circuito previo continua con la misma tensión de salida en los zenner, pero, la baja de tensión del diodo en inversa es de 1V y por eso los niveles de tensión de salida son de +/- 5,8V.

c) Representar la señal de entrada y salida en función del tiempo.

Señal de Entrada ROJA
Señal de Salida NARANJA

d) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.
El circuito funciona como un inversor al que se le agrega paralelamente diodos Zenner (conectados de forma opuesta entre si) a la resistencia de realimentacion. Al atravezar el semiciclo positivo, el primero esta conectado en forma directa, y el segundo en inversa, entonces la salida de tension es igual a la suma de las tensiones de los diodos.

 2. En el siguiente circuito recortador de la figura 2 los diodos son idénticos y de silicio 1N914.

e) Dibujar el circuito en MULTISIM.

g) Representar la señal de entrada y salida en función del tiempo.

Señal de Entrada ROJO
Señal de Salida NARANJA

h) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.

La corriente que circula por R1 atraviesa masa, y en ese punto es cuando el semiciclo positivo (el cual ingresa por la inversora) polarizando en directa el D1 y en inversa el D2.
Al pasar el semiciclo negativo, el D1 queda polarizado en inversa y el D2 en directa.
El diodo que este polarizado en directa sera por el cual circule una mayor intensidad de corriente,lo que produce que pase muy poca por R2, y a la salida pasando por R3 cae a masa.

3. Se desea implementar un rectificador de precisión de manera que con
una señal de control podamos seleccionar que sea positivo o negativo
a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.
El circuito consta de 3 partes:
En la primer parte el semiciclo positivo polariza a D1 en directa y a D2 en inversa
En la segunda parte el semiciclo negativo polariza al D3 en inversa y al D4 en directa
En la tercera funciona como llave selectora para elegir la etapa, también invierte la señal.


b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.

c) Simular en Multisim y representar la señal de entrada y salida.

Señal de Entrada Roja
Señal de Salida Verde

4. El circuito de la figura 3 representa un circuito amplificador limitador.

a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.
El circuito es un Limitador. Se utilizan en sistemas donde la señal no sobrepasa un determinado valor de tension positivo o negativo.
Esto se logra con diodos Zenner en la red de realimentacion. Esto tiene algunas desventajas como elevar la temperatura del Zenner. Esto es fácilmente se puede solucionar con una configuración inversora en el integrado, en donde la ganancia este manejada por R1 y R2, y con su carga separada del circuito principal mediante el amplificador, en configuración de buffer.

b) Observar los cambios de la señal de salida cuando se produce una variación de las tensiones de referencia mediante los potenciómetros R8 y R9 de 1 de 1Kohm.

0%

50%

100%

c) Dibujar el circuito en MULTISIM con valores comerciales.

d) Simular el circuito y analizar los resultados obtenidos.

Trabajo Práctico N°14: Mediciones en amplificadores de potencia en clase A

1. Un amplificador clase A cuyo circuito se indica a continuación. 

Utilizando software aplicado se le determinara las principales características: la impedancia de entrada y salida; la ganancia de tensión y de potencia; el ancho de banda, y la distorsión. 

a) En primer término haremos la determinación de la impedancia de salida del amplificador. 

Conectar los instrumentos en la forma que se indica a continuación para realizar esta determinación. 

El multímetro indica 1.856 V de Vo

La impedancia de salida de nuestro circuito es de 1.5KOhm

b) Determinación de la impedancia de entrada del amplificador. Armar el montaje que se muestra a continuación.

La impedancia de entrada de nuestro circuito es de 5k Ohm

c) Medición de la ganancia de tensión del amplificador.

Esta es la señal a la salida del circuito

d) Medición de la potencia de salida del amplificador.

La potencia de salida del amplificador es de 5.209mW

e) Ensayo de la respuesta en frecuencia (ancho de banda) del amplificador.

f) Determinación de la distorsión por diversos métodos.

 

g) Partiendo de las mediciones y cálculos de los parámetros determinados en el circuito elabore una tabla de todas las características técnicas de la etapa.

Trabajo Práctico N°13: Estudio de la disipación térmica en dispositivos de potencia

1) Determinar el disipador adecuado para que el transistor BD135 pueda
disipar 5W sin sufrir desbocamiento térmico.

Ta: 50°C
Tj: 150°C
Rtcd: 1.5 °C/W
Rtjc: 10 °C/W
Pdmáx: 5W

Rtda = [(Tj-Ta)/Pdmáx] - (Rtjc + Rtcd)
Rtda = 8.5 °C/W

TO126 - SOT. 32

2) Calcular la máxima potencia que pueda disipar el transistor TIP41, si
utilizamos un disipador con una Rtda= 50°C/W.

Ta: 25°C
Tj: 150°C
Rtcd: 1.3 °C/W
Rtjc: 1.92 °C/W
Rtda: 50 °C/W

Pdmáx = (Tj - Ta) / (Rtda + Rtcd + Rtjc)
Pdmáx = 2.34 W


3)  Determinar el disipador adecuado para que el transistor TIP107 pueda
disipar 10W sin sufrir desbocamiento térmico.


Ta: 50°C
Tj: 150°C
Rtcd: 1.3 °C/W
Rtjc: 1.56 °C/W
Pdmáx: 10 W

Rtda = [(Tj-Ta)/Pdmáx] - (Rtjc + Rtcd)
Rtda = 6.94 °C/W

4) Calcular la máxima potencia que pueda disipar el transistor BD136, si
utilizamos un disipador con una Rtda= 30°C/W.

Ta: 50°C
Tj: 150°C
Rtcd: 1.5 °C/W
Rtjc: 10 °C/W
Rtda: 30 °C/W

Pdmáx = (Tj - Ta) / (Rtda + Rtcd + Rtjc)
Pdmáx = 2.4 W

5) Un amplificador de potencia tiene como transistor de salida un 2N3055.
Calcular la resistencia térmica del disipador, sabiendo que dicho transistor tiene que disipar 25W y que por problemas de diseño no puede superar el mismo 80mm de longitud por necesidades de montaje.



Ta: 50°C
Tj: 200°C
Rtcd: 0.4 °C/W
Rtjc: 1.5 °C/W
Pdmáx: 25 W

Rtda = [(Tj-Ta)/Pdmáx] - (Rtjc + Rtcd)
Rtda = 4.1 °C/W

6)Calcular la máxima potencia que puede disipar un transistor 2N1711 a
una temperatura ambiente de 40°C suponiendo que el montaje del mismo
se realizó:
a) Sin disipador. 

Ta: 40°C
Tj: 200°C
Rtja: 219 °C/W

Pd = (Tj - Ta) / Rtja
Pd = 0.73 W 



b) Con un disipador que tiene Rtda= 1,5°C/W.  

Ta: 40°C
Tj: 200°C
Rtjc: 58 °C/W
Rtcd: 0.7 °C/W
Rtda: 1.5°C/W
 

Pdmáx = (Tj - Ta) / (Rtda + Rtcd + Rtjc)
Pdmáx = 2.65 W

Trabajo Práctico N°12: Aplicaciones de los Comparadores

1) Aplicando la configuración de comparadores, diseñar un circuito
“Interruptor activado por sonido con la siguientes características:
• Sensor implementado con un micrófono capacitivo.
• Control de sensibilidad de micrófono variable.
• Alimentación por medio de la red eléctrica 220 Vca 50Hz.*
• Actuador a relé 1NA+1NC. **
 *En este caso utilizamos una batería de 9 Volts para que sea portable
**En vez de un relé, utilizamos un LED de 5mm para visualizar mejor su funcionamiento.
a) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del
circuito.
c) Simular el circuito en MULTISIM.
d) Hacer una descripción del funcionamiento del “Interruptor activado por
sonido”

a) - c)

Lista de componentes:
1 LM741
1 LM555
1 CD4013
1 micrófono capacitivo electret
1 LED de 5mm
1 batería de 9 Volts
1 potenciómetro de 100K
4 resistores de 10K
2 resistores de 100K
1 resistor de 150K
1 resistor de 330
3 capaticores 0,1uF

d) El circuito esta separado en 3 partes, la primera que es de amplificación y control de sensibilidad de la entrada. La señal de audio entra por el micrófono electret y éste entra al CI LM741 que funciona como comparador, el potenciómetro de 100K ajusta la sensibildad en el cual va a amplificar nuestro sonido a la salida del 741. Seguido de la salida, la señal ingresa al CI LM555 en configuración de monoestable, lo que al obtener un impulso de corto tiempo (nuestra señal), genere una corriente a la salida. Cuando esto ocurre, la señal se dirige al CI CD4013 que está configurado como un Flip-Flop tipo T, o sea, al recibir la señal, activa nuestro LED, cuando recibe de nuevo la señal, lo apaga, basicamente, funciona como una llave.

Trabajo Práctico N°9: Amplificador Operacional Integrador

T.P.N°9: Amplificador Operacional Integrador

Desarrollo Práctico:

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

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

b-d) Mediante la utilización del "Bode Plotter" graficar la respuesta en frecuencia de Magnitud, para un rango de 1 Hz a 100 KHz. Seleccione la escala vertical de la ganancia desde 0 dB a 30 dB.

Mediante la utilización del "Bode Plotter" graficar la respuesta en frecuencia de Fase, para un rango de 1 Hz a 100 KHz. Seleccione la escala lineal del ángulo de la fase desde 90° a 180°.

c) Determinar la frecuencia de corte y el ancho de banda (marcar dichos valores en la curva de respuesta en frecuencia).

e) Determinar el valor de la fase a la frecuencia de corte a 100 Hz, a 1 KHz y a 5 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?

2) Análisis del comportamiento del circuito integrador 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 100 Hz y una amplitud de 1 Vp. 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.

En este caso, si a la entrada del circuito se coloca una señal cuadrada, a la salida se obtiene una señal triangular, en este caso no tiene un forma perfecta, pero a medida que se varíe la frecuencia, se puede llegar a obtener lo esperado.

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

1 KHz.

5 KHz.

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

1 KHz.

5 KHz.

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

El circuito integra a partir de la frecuencia de 158,69 Hz hasta los 1,4 KHz.

f) Redacte las conclusiones finales del presente trabajo práctico.

En este trabajo práctico, pude verificar que si a la entrada del circuito tengo una señal cuadrada, a la salida tendré una señal triangular. Y en el caso que tenga una triangular, obtendré una senoidal.

Trabajo Práctico N°10: Amplificador Operacional Derivador

T.P.N°10: Amplificador Operacional Derivador

Desarrollo Práctico:

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

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

b-d) Mediante la utilización del "Bode Plotter" graficar la respuesta en frecuencia de Magnitud, para un rango de 1 Hz a 20 KHz. Seleccione la escala vertical de la ganancia desde 0 dB a 50 dB.

Mediante la utilización del "Bode Plotter" graficar la respuesta en frecuencia de Fase, para un rango de 1 Hz a 20 KHz. Seleccione la escala lineal del ángulo de la fase desde 0° a -180°.

c) Determinar la frecuencia de corte y el ancho de banda (marcar dichos valores en la curva de respuesta en frecuencia).

e) Determinar el valor de la fase a la frecuencia de corte a 100 Hz, a 1 KHz y a 5 KHz.

100 Hz.

1 KHz.

5 KHz.

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

2) Análisis del comportamiento del circuito derivador con diferentes funciones en el dominio del tiempo.
a) Dibujar el circuito de la figura 3 utilizando software aplicado.

b) Aplicar una señal de onda cuadrada con el generador de funciones de 100 Hz y una amplitud de 1 Vp.
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.

En este caso, si a la entrada del circuito se coloca una señal cuadrada, a la salida se obtiene un impulso.

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

1 KHz.

5 KHz.

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

1 KHz.

5 KHz.

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

El circuito deriva a partir de la frecuencia de 178,57 Hz hasta los 22,76 KHz.

f) Redacte las conclusiones finales del presente trabajo práctico.

En este trabajo práctico, pude verificar que si a la entrada del circuito tengo una señal cuadrada, a la salida tendré un impulso. Y en el caso que tenga una triangular, obtendré una señal cuadrada.