CIRCUITOS ELECTRICOS ESPECIALIDAD (TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA)
TÍTULO AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR DE AUDIO CON TDA7294
INTEGRANTES Romeo Eduardo Luna Arias
# DE GRUPO #1
FECHA DE ENTREGA DEL INFORME 04/07/2017
1. Objetivos 1.1.
Objetivos General Objetivo específicos
Investigar en fuentes confiables las características más sobresalientes del LM741 mediante hojas de datos o datasheats que nos ayudará en nuestro diseño.
Diseñar un circuito funcional del prototipo usando el software llamado PROTEUS versión 8.0 para determinar los valores de los componentes necesarios.
Realizar las pruebas de funcionamiento correspondientes tomando las medidas de tenciones en protoboard para determinar su correcto funcionamiento.
2. Marco Teórico o desarrollo Teórico Ganancia lazo abierto La ganancia lazo abierto es aquella que tiene el
amplificador operacional cuando no
existe ningún camino de realimentación entre la salida y alguna de las dos entradas. Ver el diagrama inferior. La ganancia lazo abierto del amplificador está dada por la siguiente fórmula:
AV = Vsal/Vent Donde:
AV = ganancia de tensión
Vsal = tensión de salida
Vent = tensión de entrada
En un amplificador operacional ideal, esta ganancia es infinita. Como el operacional es real, su ganancia está entre 20,000 y 200,000 (en amplificador operacional 741C). Este tipo de configuración se utiliza en comparadores, en donde lo que se desea es saber cuál de las dos entradas tiene mayor tensión.
Comparador con amplificador operacional: Ganancia en lazo abierto
Un Amplificador
Operacional puede ser utilizado para determinar cuál de dos
señales en sus entradas es mayor. (se utiliza como comparador). Basta con que una de estas señales sea ligeramente mayor para que cause que la salida del amplificador operacional sea máxima, ya sea positiva (+Vsat) o negativa (-Vsat). Esto se debe a que el operacional se utiliza en lazo abierto (tiene ganancia máxima). La ganancia de un amplificador operacional es de 200,000 o más y la fórmula de la señal de salida es: Vout = AOL (V1 – V2), donde:
Vout = tensión de salida
AOL = ganancia de amplificador operacional en lazo abierto (200,000 o más)
V1 y V2 = tensiones de entrada (las que se comparan)
Vout no puede exceder la tensión de saturación del amplificador operacional, sea esta saturación negativa o positiva. normalmente este valor es aproximadamente unos 2 voltios menor que el valor de la fuente (V+ ó V- )
Fig 1: Amplificador operacional 741
El Amplificador Operacional no inversor
Fig 2: Amplificador Operacional no inversor Esta configuración permite aumentar el nivel del voltaje en una señal de entrada de tal forma que la señal que entra en la pata no inversora sale amplificada del dispositivo. Pero, ¿cómo sucede esto? Hagamos un análisis sencillo… Si el voltaje en las terminales inversora y no inversora es el mismo, entonces podemos suponer que el voltaje entre R1 y R2 es el mismo que el voltaje de entrada.
Fig 3: Amplificador Operacional no inversor Según la Ley de Ohm la corriente es igual al voltaje entre la resistencia. La Ley
de Las
Corrientes de Kirchhoff establece que la corriente que entra a un nodo es la misma corriente que sale del mismo. Basados en estos dos conceptos, podemos analizar las corrientes que entran al Nodo a analizar que es el que se forma entre las resistencias R1 y R2.
La corriente que entra al nodo es resultado de dividir voltaje entre resistencia, donde el voltaje será la diferencia entre voltaje de salida y voltaje de entrada. Se supone que la corriente va del mayor potencial al menor potencial y se asume que el voltaje de salida es mayor que el de entrada. De ahí se asume el sentido de las corrientes. Luego la corriente de salida será igual al voltaje de entrada menos el voltaje en tierra (0 voltios) entre la resistencia. Si reducimos la expresión obtendremos la siguiente ecuación:
Podemos hacer una prueba con el simulador. Si queremos obtener el doble de un voltaje de entrada, los valores de R2 y de R1 deben ser idénticos. Usaremos como voltaje de entrada 3 voltios.
Fig 4: Amplificador Operacional no inversor
Con esto se comprueba que la ecuación del amplificador no inversor se cumple. Cabe destacar que los valores de R1 y R2 los podemos escoger siempre y cuando sean iguales. Todo va a depender de cuanta corriente queremos que haya en la salida.
El Amplificador Operacional como inversor
Fig 5: Amplificador Operacional inversor
El amplificador operacional inversor logra invertir un voltaje de entrada a la vez que lo amplifica. El análisis es simple. Una vez más el voltaje en la para inversora y en la no inversora es el mismo. Como en la terminal no inversora el voltaje es cero (GND), entonces hacemos un análisis en el nodo que se forma entre R1 y R2.
Fig 6: Amplificador Operacional inversor Si hacemos un análisis en el nodo que se señala en la figura obtenemos lo siguiente:
La corriente que entra es el resultado de dividir el voltaje de entrada menos el voltaje en las terminales inversoras y no inversoras (es el mismo) entre la resistencia R1. Recordemos que no entra ni sale ninguna corriente entre las terminales inversora y no inversora. Esto quiere decir que la corriente que entra será igual a la que sale. La corriente que sale es el resultado de dividir la diferencia en el voltaje en las terminales inversora y no inversora menos el voltaje de salida entre la resistencia. Si llevamos todo a una expresión final en donde el voltaje de salida quede expresado en función del voltaje de entrada, obtenemos:
Si utilizamos los valores que aparecer en la figura de arriba obtenemos:
Vsalida = -(5)(1k/1k)=-5 voltios
Fig 7: Amplificador Operacional inversor Como podemos observar, la simulación coincide con nuestros cálculos. Si queremos duplicar el voltaje a la vez que lo invertimos, el valor de R2 debe ser el doble del de R1, para que el V de entrada sea duplicado.
Fig 8: Amplificador Operacional inversor Las relaciones entre las resistencias R1 y R3 son las que indican el factor multiplicador del voltaje de entrada el cual siempre tendrá signo inverso.
El Amplificador Operacional como sumador inversor El amplificador operacional sumador permite al usuario sumar varios niveles de voltaje a la vez que se invierte el signo del voltaje.
Fig 9: Amplificador Operacional como sumador inversor El análisis de esta configuración es el siguiente:
Fig 10: Amplificador Operacional como sumador inversor Utilizando la Ley de las Corrientes de Kirchhoff s e obtiene:
Cabe destacar que a esta expresión se le pueden agregar más fases, por lo tanto más voltajes. Una vez más todo dependerá de las relaciones en las resistencias. El resultado es el siguiente:
Fig 11: Amplificador Operacional como sumador inversor La salida es la suma de todos los voltajes (2+3+4=9) pero con signo invertido. Esta configuración es muy utilizada en los convertidores de digital a análogo para transformar señales digitales a niveles de voltaje análogo.
3. Desarrollo Práctico. El Amplificador Operacional no inversor
Fig 14: Encendido de leds mediante mando IR Cálculos:
= 5(1 + 10 10) = 10 Gracias al aumento de voltaje, en este circuito es posible encender dos leds mediante un led infrarrojo receptor y un mando a distancia emisor.
Fig 15: Fuete de poder de precisión Cálculos:
= 5(1 + 1 1) = 10 Mediante el aumento de voltaje, en este circuito es posible encender una fuente de voltaje variable con el LM317K y dos potenciómetros conectados en serie para aumentar la precisión del voltaje de salida.
El Amplificador Operacional inversor
Fig 12: inversión de voltaje negativo a positivo
Cálculos:
= −5 (5 5) = −5 El amplificador operacional inversor invierte el voltaje de entrada a -5V la vez que lo amplifica, mientras que a su vez se logra invertir el voltaje de salida de -5V a +5V aumentando dos resistencias de 10k y dos diodos 1N4007 en el lazo cerrado.
Fig 13: inversión de giro de motor CD mediante switch de 2 posiciones Cálculos:
= −5 (5 ) 5 = −5 El amplificador operacional inversor y un amplificador operacional comparador se logra hacer la inversión de giro del motor mediante un switch de 2 posiciones que permite activar un voltaje positivo o negativo.
El Amplificador Operacional como sumador inversor
Fig 16: Giro de motor DC con voltaje negativo Cálculos:
9 + 5 + 3 ) = −1(1 1 1 = 17
Fig 17: Giro de motores DC con voltaje negativo y positivo Cálculos:
9 + 5 ) = −1(1 = 14 1
El amplificador operacional como sumador inversor invierte el giro del motor de derecha a izquierda a la vez que amplifica el voltaje mediante la sumatoria de voltajes, a su vez se logra invertir el giro del motor de izquierda a derecha aumentando dos resistencias de 10k y dos diodos 1N4007 en el lazo cerrado del circuito.
4. Conclusiones y recomendaciones Conclusiones: Los
amplificadores operacionales, los cuales son muy importantes en el mundo de la
electrónica. De hecho muchos dispositivos electrónicos avanzados como Arduino están basados en amplificadores operacionales. Los circuitos integrados de hoy día poseen miles y millones de componentes en su interior, entre los cuales destaca el amplificador operacional.
Recomendaciones:
Estudiar el manejo del simulador Proteus.
Tener los conocimientos básicos de los amplificadores operacionales para realizar esta práctica.
Conocer los instrumentos de medida y componentes electrónicos necesarios para realizar esta práctica.
Tener a mano las hojas de el datasheat de el LM741 para consultar las características principales de este componente.
Comparar voltajes reales y simulados.
5. Bibliografía.
Electrónica unicrom. (s.f.). Amplificador Operacional. Ganancia lazo abierto. Recuperado el 05 de Mayo de 2017. http://unicrom.com/amplificador-operacionalganancia-lazo-abierto/
Electrónica unicrom. (s.f.). Comparador con amplificador operacional: Ganancia en lazo abierto Recuperado el 05 de Mayo de 2017. http://unicrom.com/comparador.
con-amplificador-operacional/
Panamahitek.com. (s.f.). amplificadores operacionales y su uso en la electrónica Recuperado el 05 de Mayo de 2017. http://panamahitek.com/amplificadores-operacionales-y-su-uso-en-la-electronica/
6. Anexos: Datasheet LM741
