DESARROLLO E IMPLEMENTACION DE UN CIRCUITO INTEGRADOR, DIFERENCIAL E INVERSOR,CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL

LF356.

Dadas las condiciones teóricas relacionadas, con las configuraciones básicas con Op Amp tanto lineales como no lineales, se continúa con el estudio del Op Amp. con la implementación de circuitos con las configuraciones mas comunes referentes al trabajo del amplificador operacional .

Laboratorio de Electrónica III.

Universidad Distrital Fco. José de Caldas.

Bogotá, 2002

El amplificador operacional deriva su nombre de una serie de fenómenos técnicos que se hicieron evidentes tiempo después de iniciados algunos desarrollos con este componente por la época posterior a su invención: los desarrolladores del integrado se percataron de las distintas funciones que podía desempeñar este amplificador con la conexión apropiada, por ejemplo, de algunos elementos pasivos tales como capacitores y resistores; entre esas funciones se encontraban algunas aplicaciones lineales como la suma y la resta, así como algunas no lineales, entre las que citamos la comparación, la integración y la diferenciación.

Algunas de estas configuraciones básicas del Op Amp han sido tema de estudio, ante lo cual se proponen como objetivos de esta práctica…

. implementacion le los arreglos básicos de los circuitos amplificadores, como son a saber, el integrador, diferenciador y sumador.

Calcular y simular los efectos en la salida bajo la excitación del circuito con las señales de la figura 1, a frecuencia de operación 10KHz y Vp-p = 1V, y comparar estos cálculos con los resultados de la experiencia.

Inicialmente se comienza este análisis con la inclinación a utilizar el Op Amp LF 356 ante el uA741c, ya que, si se tiene en cuenta que los circuitos que usaremos no están bien compensados ante los errores del operacional, el primer amplificador tiene unos parámetros mas aceptables que los del segundo. Bajo estas premisas, continuamos con el estudio del Op Amp. con el análisis de la función de transferencia propuesta, en lo referente a los circuitos básicos que hacen parte del circuito final que implementa tal relación y el cálculo de las ganancias propuestas.

CIRCUITO SUMADOR INVERSOR.

Tal parece que el circuito a diseñar responde a una sola entrada, Vi ( t ) y que en cierto punto de bifurcación, la señal atraviesa tres caminos distintos, ante los cuales sufre tres diversas transformaciones, cada una de las cuales corresponde a un sumando en la función de transferencia y que dadas estas transformaciones, las tres señales entran a un punto suma para así conformar la señal

Vo( t ). Es claro, por las condiciones que presenta la función que la excitación Vi ( t ) se bifurca en tres caminos, en donde la señal de entrada es modificada; y estas tres modificaciones convergen a un punto suma final

Un factor decisivo en la estabilidad de los pesos es la impedancia de salida Zo de los bloques en cada una de las ramas del sumador inversor, las cuales eventualmente se sumarían a la magnitud de las resistencias en cada rama, desviando las magnitudes calculadas para las ganancias. Por esta razón, una buena opción sería colocar en cada rama un buffer a LF356. En buena medida, esto garantiza unas condiciones de acople que independicen a los pesos de Zo en la salida de cada bloque correspondiente.

CIRCUITO INTEGRADOR.

El tercer término de la función de transferencia es, como sigue: K3 " Vi( t ). El circuito integrador parece ser el indicado para generar modificación de Vi( t ), circuito cuyo diagrama esquemático y función se describen a continuación:

Vo ( t ) = 1/ RC [ " Vi( t ) dt ]+ K.

K corresponde -Vc en t = 0- . La conmutación de JFET libra de carga al capacitor antes de iniciado el proceso de integración. Cualquier potencial más negativo que Vp y pondrán a conmutar a dicho transistor. Respecto a la ganancia que es igual a dos, remítase un momento a la ecuación del integrador. Supóngase que la entrada es un tren de pulsos de Vp-p =1V a Fop= 10k. Por tanto el periodo de la señal es T=100Seg. Este es el esquema de la señal de entrada.

La integración de esta señal a lo largo de un periodo es:

Vo( t ) = -1/ RC * " ( 0.5v )dt + 0V; se supone

descargado el condensador.

Vo( t ) = 1/ RC * 50 s * 0.5V.

Necesariamente, y como es del común, t = RC tiene unidades de tiempo, y 1/ RC * 50 s = 2. Entonces RC =25 s. R = 25K y C= 1nF. Con fines de compensación, R+ se hace igual a R4.

CIRCUITO AMPLIFICADOR INVERSOR.

Con un amplificador inversor queda resuelta la cuestión con RF " 2.2K y R1 " 1K (digo " por aquello de las tolerancias), con lo que A " - 2.2. Para compensar las entradas, Rp = RF || R1 " 680.

CIRCUITO DIFERENCIADOR

La ganancia directamente se obtiene de la magnitud del producto RC. Con los valores comerciales, se calcula R " 1.5K, C"100nF. Con lo anterior, se calcula una ganancia aproximada de - 3. En la siguiente figura se ilustra el esquemático del circuito, junto a la Rp de compensación, y una resistencia en serie de c, que se calcula en un décimo de R, y evita las oscilaciones causadas por el Slew Rate y limita la ganancia en baja frecuencia a " -10.

+15V

Switch

JFET n-ch.

+15V

2.5K

25K

50s

100s

50s

0s

680

+15V

+15V

1K

2.2K

1.5k!

100nF

150!

1.5k!

15V

15V