I.
Te
Teoría Básica del Opamp.
Descripción del amplificador operacional LM741 y
TL082. Principales Características
¿Dónde, cuándo y por qué se empezaron
a utilizar los Amplificadores Operacionales (OPAMPS)? ¿Cuáles son sus
principales características?
El concepto del amplificador operacional surgió hacia 1947,
como un dispositivo construido con tubos de vacío, como
parte de las primeras computadoras analógicas dentro de las cuales ejecutaban operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc).
En los amplificadores
operacionales se cumplen algunas condiciones:
·
La impedancia
entre las entradas inversora y no inversora es infinita, por lo que no hay
corriente de entrada.
·
La diferencia
de potencial entre las terminales inversora y no inversora es, o debe ser nula.
·
No hay
corriente entrando o saliendo de las patas inversora y no inversora.
Una tabla con las principales
características de un OPAMP, específicamente del opamp LM741 y TL082
Op. Amp. LM741
Op.
Amp. TL082
¿Qué
es un OPAMP? ¿De qué está compuesto?
¿Con qué voltajes trabaja? ¿Cuáles son sus principales características?
Los amplificadores
operacionales, también llamados Op. Amp. por sus siglas en inglés, son
dispositivos electrónicos capaces de realizar una gran cantidad de funciones
dentro de un circuito electrónico, dependiendo de la como se coloque dentro del
mismo.
El amplificador operacional
posee 5 patas, las cuales poseen distintas funciones:
|
El amplificador
operacional tiene capacidad de manejo de señal desde f=0 Hz hasta
una frecuencia definida por el fabricante; tiene además límites de señal que
van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio
(especificacion también definida por el fabricante).
Los amplificadores operacionales se
caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente
mayor que 105 equivalentes a 100dB.
|
|
El Amplificador Operacional
ideal se caracteriza por:
|
|
Ya que la resistencia de
entrada, Ren, es infinita, la corriente en cada
entrada, inversora y no inversora, es cero. Además el hecho de que la
ganancia de lazo abierto sea infinita hace que la tensión entre las dos
terminales sea cero, como se muestra a continuación:
 |
EXPERIMENTO
Para realizar las pruebas es
necesario conocer el software con el que trabaja el equipo Lucas Nulle, para lo
cual necesitaremos saber usar las herramientas como el Osciloscopio, el
multímetro y el generador de señales integrado en el mismo.
Luego las pruebas y mediciones
se realizaron de acuerdo al esquema de un “amplificador no inversor” como se
muestra en la imagen.
Ajustamos el generador de
funciones para los siguientes valores:
-
VIN : 1
V
-
Tipo de señal : DC
-
R1 : 10 kΩ
-
R2 : 100 kΩ
El
resultado obtenido a la salida del OPAMP es de 10.8 V, lo cual es cercano con
el valor teórico de acuerdo a la siguiente formulas: (VOUT
= VIN*G) y (G=1 + R2/R1)
G = 1 + R2/R1
G = 1+ 100/10
G = 11
VOUT = VIN*G
VOUT = 1
* 11
VOUT = 11V
Realizamos
una 2da prueba con los datos a continuación, para comprobar su correcto
funcionamiento:
-
VIN : 0.5
V
-
Tipo de señal : DC
-
R1 : 10 kΩ
-
R2 : 100 kΩ
El
resultado obtenido a la salida del OPAMP es de 5.2 V, lo cual concuerda con el
valor teórico de acuerdo a la siguiente formulas: (VOUT
= VIN*G) y (G=1 + R2/R1)
G = 1 + R2/R1
G = 1+ 100/10
G = 11
VOUT = VIN*G
VOUT = 0.5
* 11
VOUT = 5.5 V
La
diferencia entre el valor medido y el valor teórico es el offset que existe
dentro del OPAMP ya que entre la señal no inversora y la inversora existe una
diferencia, la cual nos da esa variación.
Prueba y Mediciones del OPAMP con el Protoboard del
Entrenador
Tomando
los mismos valores anteriores y usando el software Labsoft con el Protoboard
del entrenador, obtenemos:
-
VIN : 1
V
-
Tipo de señal : DC
-
R1 : 10 kΩ
-
R2 : 100 kΩ
Observaciones y Conclusiones
Observaciones
-
No se necesitó de instrumentos
de medición como osciloscopio, voltímetros físicos ni generador de señales para
este laboratorio, ya que el software y el equipo Lucas Nulle nos proporcionó
todo esto por medio de su software.
-
Existen dos entradas por las
cuales podemos inyectar una señal a un OPAMP, la entrada inversora y la entrada
no inversora.
-
Un OPAMP debe ser alimentado
por un voltaje positivo y otro negativo que son generalmente +- 15 voltios.
-
Existen diferentes
configuraciones para conectar un OPAMP, en este laboratorio hemos usa la
configuración amplificador no inversor, con la cual obtenemos una ganancia o
factor de amplificación que es igual a la división entre las resistencias
usadas en la entrada inversora mas uno.
-
Observamos que el voltaje de
salida Vo será igual a esta ganancia por el voltaje de la señal en la entrada
no inversora. Vo = Vin * G. Este voltaje
nunca es mayor al voltaje de alimentación del OPAMP.
Conclusiones
-
Aprendimos que los OPAMP en
sus inicios fueron usados para realizar operaciones matemáticas como sumar,
restar, multiplicar, dividir, etc. También los podemos usar como amplificadores
de alta ganancia que es el uso que le dimos en este laboratorio.
-
Pudimos evitarnos usar
demasiado equipo físico de medición utilizando solamente un software que
simplifico y agilizó nuestra experiencia. El SOFTLAB.
-
Tener en cuenta que el voltaje
ganado nunca podrá ser mayor al voltaje con el que alimentamos nuestro
circuito, ya que esa energía no podría aparecer de la “nada”.
-
Conocimos dos tipos de OPAMP,
el 741 y 082, la diferencia radica básicamente en la ganancia y la frecuencia
con la que puede trabajar cada uno.
TEMA DE INVESTIGACIÓN
Investigue
en qué consiste un Controlador de Temperatura.
Un controlador de temperatura es un instrumento que se usa
para controlar la temperatura. El controlador de temperatura recibe datos de un
sensor de temperatura y emite datos conectados a un elemento de control, como
un calefactor o ventilador.
El principio de los dispositivos que controlan la
temperatura se basa en tener una entrada, la cual proviene de un sensor
(termopar / Pt100) y a su vez, contar con una salida que se encuentre conectada
a un instrumento de control, que pueden ser por ejemplo un ventilador para
enfriar, o un calentador para provocar el efecto contrario. Un sistema que
controla la temperatura con base en un “controlador” es necesario para poder
monitorear la precisión de la temperatura requerida, por lo que su
participación constante y continua es necesaria.
Existen
tres tipos básicos de controladores:
1)
On-off
2) Proporcional
3) PID
2) Proporcional
3) PID
Dependiendo
del sistema que se tenga que controlar, el operador podrá usar un tipo u otro
para controlar el proceso.
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