Preinforme Prctica # 2

Preinforme Prctica # 2Aplicaciones de los amplificadores operacionales

1. Consulte la hoja de especificaciones del amplificador operacional LM324 e identifique los siguientes parmetros: voltajes mximos de polarizacin, voltaje offset de entrada, corriente offset de entrada, corriente de polarizacin de entrada, impedancia de entrada, ganancia de voltaje en lazo abierto, razn de rechazo en modo comn, y slew rate. Segn la hoja de especificaciones del amplificador operacional LM324 proporcionada por Texas Instruments se pueden observar dentro de las especificaciones elctricas los siguientes datos:

Voltaje mximo de polarizacin: 30 V

Voltaje offset de entrada: 3mV tpica, 7mV mxima (25C)

Corriente offset de entrada: 2nA - tpica, 50nA mxima(25C)Corriente de polarizacin de entrada (con Vo=2.5V): 0.7mA- tpica, 1.2mA mxima

Ganancia de voltaje en lazo abierto (a 25C): 25V/mV mnima, 100V/mV tpica

Razn de rechazo en modo comn (a 25C): 65dB mnima, 80dB tpica

Slew rate (a ganancia unitaria): 0.5V/s tpica

2. Estudie el funcionamiento del circuito amplificador de instrumentacin mostrado en la figura 1. Verifique como el valor de la resistencia R1 determina la ganancia del amplificador Numeremos los amplificadores operacionales de la siguiente manera: Aqu se obtienen 2 etapas, la primera consiste en 2 amplificadores de seal con configuracin no inversora, la segunda es el amplificador de diferencia cuya salida es la seal deseada V0; este tipo de configuracin permite alcanzar parte de la ganancia requerida en la primera etapa simplificando la carga en la segunda etapa, en la cual solo se realizara la funcin de diferenciacin y por consiguiente el rechazo de las seales en modo comn. Suponiendo que los amplificadores operacionales son ideales, los voltajes a las entradas de A1 son iguales debido al cortocircuito virtual que ese presenta entre ellas, lo mismo ocurre en el amplificador operacional A2. De este modo en la resistencia R aparece una diferencia de potencial dada por los valores de los voltajes V1 y V2 como VR1=V2 V1, y por dicha resistencia circula una corriente dada como:

(Aqu suponemos que V2 > V1). Adems dicha corriente tambin circula por R2 y R3, causando una diferencia de potencial entre las salidas de los amplificadores operacionales A1 y A2:

El amplificador diferencial recibe la seal de diferencia Vo2 Vo1 y produce un voltaje a la salida proporcional a Vo dado por la ganancia de la configuracin de amplificador diferencial:

Luego a la salida del amplificador diferencial se tendr:

Y la ganancia diferencial del voltaje de entrada est dado por

De la ecuacin anterior se puede ver que si R2, R3, R4 y R6 permanecen fijos (debido a que son valores que determinan las ganancias en las diferentes etapas de amplificacin) y para el caso del este circuito en particular R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7 = 10K entonces la expresin para el amplificador de instrumentacin en funcin de la resistencia R1 estar dada como:

Si R1 = 10K, Ad = 3; sin embargo si R1 disminuye matemticamente el valor de la ganancia tendera a infinito pero en la practica esto lleva a que las seales se saturen al voltaje de alimentacin de los amplificadores operacionales en el circuito. 3. Simule en PSpice el circuito amplificador de instrumentacin mostrado en la figura 1. Utilice para la simulacin amplificadores operacionales LM324 polarizados con 9V. Conecte un voltaje de entrada pequeo (pocos mV). Realice un barrido DC de la resistencia R1 desde algn valor pequeo hasta 10K y observe la ganancia de voltaje del circuito Vo/(V2 V1)

Primero que todo es necesario nombrar los nodos presentes en el circuito, por ejemplo de la siguiente manera: El amplificador operacional LM324 en spice presenta el siguiente subcircuito perteneciente a la librera eval:

*-------------------------------------------------------------------------------

* Library of linear IC definitions

* This is a reduced version of PSpice's linear subcircuit library.

* You are welcome to make as many copies of it as you find convenient.

*

* The parameters in the opamp library were derived from the data sheets for

* each part. The macromodel used is similar to the one described in:

*

*Macromodeling of Integrated Circuit Operational Amplifiers

* by Graeme Boyle, Barry Cohn, Donald Pederson, and James Solomon

*IEEE Journal of SoliE-State Circuits, Vol. SC-9, no. 6,Dec. 1974

*

* Differences from the reference (above) occur in the output limiting stage

* which was modified to reduce internally generated currents associated with

* output voltage limiting, as well as short-circuit current limiting.

*

* The opamps are modelled at room temperature and do not track changes with

* temperature. This library file contains models for nominal, not worst case,

* devices.

*

*

*-----------------------------------------------------------------------------

* connections: non-inverting input

* | inverting input

* | | positive power supply

* | | | negative power supply

* | | | | output

* | | | | |

.subckt LM324 1 2 3 4 5

*

c1 11 12 2.887E-12

c2 6 7 30.00E-12

dc 5 53 dx

de 54 5 dx

dlp 90 91 dx

dln 92 90 dx

dp 4 3 dx

egnd 99 0 poly(2) (3,0) (4,0) 0 .5 .5

fb 7 99 poly(5) vb vc ve vlp vln 0 21.22E6 -20E6 20E6 20E6 -20E6

ga 6 0 11 12 188.5E-6

gcm 0 6 10 99 59.61E-9

iee 3 10 dc 15.09E-6

hlim 90 0 vlim 1K

q1 11 2 13 qx

q2 12 1 14 qx

r2 6 9 100.0E3

rc1 4 11 5.305E3

rc2 4 12 5.305E3

re1 13 10 1.845E3

re2 14 10 1.845E3

ree 10 99 13.25E6

ro1 8 5 50

ro2 7 99 25

rp 3 4 9.082E3

vb 9 0 dc 0

vc 3 53 dc 1.500

ve 54 4 dc 0.65

vlim 7 8 dc 0

vlp 91 0 dc 40

vln 0 92 dc 40

.model dx D(Is=800.0E-18 Rs=1)

.model qx PNP(Is=800.0E-18 Bf=166.7)

.ends

Los archivos de la simulacin se han agregado a la carpeta de practica 2, son 5 archivos el cual cada uno contiene la simulacin para cuando el valor de R1 vale 100, 1K, 2K, 5K y 10K. 4. Analice el funcionamiento del circuito mostrado en la figura 2. Considerando que el voltaje VIN vara entre 0 y 9V, explique como varan los voltajes de salida V1 a V8, en funcin de VIN.

Llamemos a cada amplificador operacional como A1, A2, , A8 (segn la numeracin de la terminal de salida). Como las resistencias R1, R2, , R8 son iguales entonces caer la misma diferencia de potencial sobre ellas. Considerando los amplificadores operacionales como ideales entonces no circulara corriente por sus entradas y sobre cada resistor el potencial esta dado como: Luego por restas sucesivas se obtendr en las entradas inversoras de los amplificadores operacionales los siguientes voltajes: A1:8V, A2:7V, A3:6V, A4:5V, A5:4V, A6:3V, A7:2V, A8:1V. Como los amplificadores operacionales se encuentran en modo de comparadores de voltaje entonces

Lo que implica que dependiendo del voltaje de entrada el voltaje de salida corresponder a los voltajes de polarizacin. Por tanto si Vin>Vi- entonces Vo=V+, si Vin