PRÁCTICA
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
OBJETIVO: Conocer las características del amplificador operacional, su símbolo e identificación de los pines en el chip, además se desarrollaran circuitos en los que encontraremos voltajes y corrientes de offset.
ANTECEDENTES TEÓRICOS.
En 1965, la compañía Fairchild semiconductor introdujo en el mercado el uA709, el primer amplificador operacional monolítico ampliamente usado.
Aunque disfrutó de un gran éxito, esta primero generación de amplificadores operacionales tenía muchas desventajas. Este hecho condujo a fabricar un amplificador operacional mejorado, el uA741. Debido a que es muy barato y sencillo de usar, el uA741 ha tenido un enorme éxito. Otros diseños del 741 han aparecido a partir de entonces en el mercado. Por ejemplo, Motorola produce el MC1741, National Semiconductor el LM741 y Texas Instruments el SN72741. Todos estos amplificadores operacionales son equivalentes al uA741, ya que tienen las mismas especificaciones en sus hojas de características. Para simplificar el nombre, la mayoría de la gente ha evitado los prefijos y a este amplificador operacional de gran uso se le llama simplemente 741.
Son llamados amplificadores operacionales (opamp) porque podemos encontrar circuitos montados a base de estos amplificadores que realizan operaciones matemáticas, como por ejemplo sumadores, diferenciadores, integradores, comparadores... Etc. Son elementos muy usados en la electrónica analógica, tienen un muchas de aplicaciones. La figura 1 muestra el símbolo electrónico típico de un amplificador operacional y su identificación en un circuito integrado de ocho terminales.
Este concretamente es una cuarta parte del UA741 , los pines 4 y 7 son de alimentación, 3 entrada no inversora, 2 entrada inversora. Un amplificador operacional se puede alimentar con tensión sencilla o con tensión simétrica. La tensión sencilla consiste en alimentar con dos cables, uno el positivo y el otro masa (por ejemplo a 12 voltios). La tensión simétrica consiste en alimentar el circuito con tres cables, uno el positivo, otro el de masa y otro el negativo, con la misma tensión que el positivo pero negativa (por ejemplo ±15v). La diferencia entre usar un tipo o el otro de alimentación está en lo que queramos obtener en la salida: si en la salida queremos obtener tensiones positivas y negativas tendremos que usar la alimentación simétrica, si solo queremos obtener tensiones positivas podemos usar alimentación simple. Se debe tomar en cuenta que ni las entradas ni las salidas del operacional podrán sobrepasar los límites marcados por la alimentación, es decir, si alimentas a 15 V no se puede obtener 17 voltios a la salida.
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL TIPICO
Los opamp se diseñan y construyen de acuerdo con el diagrama de bloques mostrado:

El amplificador diferencial y la etapa de ganancia de voltaje son las únicas etapas que brindan la ganancia de voltaje. La salida del amplificador diferencial se conecta a menudo a un seguidor de emisor con un gran resistor de emisor, de manera que proporcione una alta impedancia de carga al amplificador diferencial con el fin de obtener una elevada ganancia.
Los amplificadores operacionales pueden ser usados para la construcción de un amplificador agregando solamente algunos componentes exteriores, de esta manera se pueden varios tipos de amplificadores, tales amplificadores pueden ser fácilmente implementados con el uso de uno o más amplificadores lineales con alguna retroalimentación. Las características ideales de estos amplificadores son:

AMPLIFICADORES OPERACIONALES PRÁCTICOS.
Los amplificadores operacionales prácticos se aproximan a sus contrapartes ideales pero difieren en algunos aspectos. Por lo que es importante tener un modelo que tome en cuenta las características más importantes del dispositivo no ideal. Se comienza por definir los parámetros utilizados para describir los amplificadores operacionales prácticos, las cuales son proporcionadas por el fabricante, como es el caso del UA741, estos se utilizan mucho porque: 1.-Han sido fabricados por muchos fabricantes de CI, 2.-Se encuentran en grandes cantidades en toda la industria electrónica y 3.- Son compensados internamente, de propósito general, y sus propiedades suelen usarse como una referencia con fines de comparación cuando se trabaja con otros tipos de amplificadores operacionales, algunos de los parámetros son los que se muestran en la tabla siguiente.

La diferencia significativa entre los amplificadores operacionales ideales y los reales está en la ganancia de voltaje. El amplificador operacional ideal tiene una ganancia de voltaje que tiende a infinito, a diferencia del real tiene una ganancia de voltaje finita que disminuye cuando aumenta la frecuencia.
En relación al voltaje offset de entrada Vos es el voltaje que debe aplicarse a una u otra de las terminales de entrada, para que el voltaje de salida sea cero, el error en el voltaje de salida se produce por la diferencia de voltajes de entrada del amplificador operacional.
Por otro lado las corrientes de offset idealmente son iguales y asi su diferencia es cero. En un amplificador real estas dos corrientes no son exactamente iguales. La corriente offset de entrada es la diferencia de las corrientes de polarización de entrada y se expresa como.

La corriente Ios debe ser tan pequeña como sea posible, ya que la diferencia en las corrientes de entrada a través de resistencias de entrada grandes producen un voltaje offset muy considerable, observe la figura 3.

El voltaje offset desarrollado por la corriente offset de entrada está dado por:

El error creado por Ios es amplificado por el amplificador operacional y aparece en la salida como:

MATERIAL NECESARIO
1 Amplificador Operacional UA741
Resistencias 1MΩ
Fuente regulable de 0-30Vcd
Multímetro
DESARROLLO.
Nota: Importante, investigar y traer consigo la hoja de datos del amplificador operacional UA741.
En los siguientes circuitos se encontraran los valores de corrientes y voltajes de offset que nos darán información requerida para entender este concepto.
Realizar el circuito de la figura 4, observe que esta configuración se asemeja como un seguidor de voltaje, mida el voltaje Vos y compara el valor obtenido con la hoja de datos del amplificador operacional, haga sus comentarios al respecto.

Continuando con el análisis ahora inserte una resistencia de 1 MΩ , como se muestra en la figura 5, esta resistencia es para poder encontrar la corriente I P aplicando el principio de superposición
Mida V1 con un multímetro y calcule la corriente Ip con un Vos encontrado en la figura 4.

Arme el circuito de la figura 6, aquí observara que ahora la resistencia de 1 MΩ se coloca en la entrada inversora la cual nos ayudara a encontrar la corriente IN, por lo tanto el voltaje de salida V2 será para esta configuración .
Mida V2 y con el mismo valor obtenido de Vos calcule y compruebe la corriente IN

Compruebe los 3 circuitos anteriores implementando algún simulador, comparando los valores obtenidos con los simulados, y anote sus comentarios..
PREGUNTAS
1.-Mencione las características técnicas mas importantes en los amplificadores operacionales.
2.- Investigar los tipos de configuraciones hechas por el amplificador operacional.
3.- Investigar los tipos de empaques con que son fabricados los amplificadores operacionales.
4.- ¿Qué tipo de aplicaciones tiene el amplificador operacional?
OBTENGA SUS CONCLUSIONES.
Bibliografía.
[2] Coughlin, Robert F. “Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales”.
Editorial. Prentice Hall, 5ª Edición.
[3] Malvino, Albert P. “Prácticas de Electrónica” Editorial. Alfa omega, 7ª Edición.

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EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
OBJETIVO: Conocer las características del amplificador operacional, su símbolo e identificación de los pines en el chip, además se desarrollaran circuitos en los que encontraremos voltajes y corrientes de offset.
ANTECEDENTES TEÓRICOS.
En 1965, la compañía Fairchild semiconductor introdujo en el mercado el uA709, el primer amplificador operacional monolítico ampliamente usado.
Aunque disfrutó de un gran éxito, esta primero generación de amplificadores operacionales tenía muchas desventajas. Este hecho condujo a fabricar un amplificador operacional mejorado, el uA741. Debido a que es muy barato y sencillo de usar, el uA741 ha tenido un enorme éxito. Otros diseños del 741 han aparecido a partir de entonces en el mercado. Por ejemplo, Motorola produce el MC1741, National Semiconductor el LM741 y Texas Instruments el SN72741. Todos estos amplificadores operacionales son equivalentes al uA741, ya que tienen las mismas especificaciones en sus hojas de características. Para simplificar el nombre, la mayoría de la gente ha evitado los prefijos y a este amplificador operacional de gran uso se le llama simplemente 741.
Son llamados amplificadores operacionales (opamp) porque podemos encontrar circuitos montados a base de estos amplificadores que realizan operaciones matemáticas, como por ejemplo sumadores, diferenciadores, integradores, comparadores... Etc. Son elementos muy usados en la electrónica analógica, tienen un muchas de aplicaciones. La figura 1 muestra el símbolo electrónico típico de un amplificador operacional y su identificación en un circuito integrado de ocho terminales.
Este concretamente es una cuarta parte del UA741 , los pines 4 y 7 son de alimentación, 3 entrada no inversora, 2 entrada inversora. Un amplificador operacional se puede alimentar con tensión sencilla o con tensión simétrica. La tensión sencilla consiste en alimentar con dos cables, uno el positivo y el otro masa (por ejemplo a 12 voltios). La tensión simétrica consiste en alimentar el circuito con tres cables, uno el positivo, otro el de masa y otro el negativo, con la misma tensión que el positivo pero negativa (por ejemplo ±15v). La diferencia entre usar un tipo o el otro de alimentación está en lo que queramos obtener en la salida: si en la salida queremos obtener tensiones positivas y negativas tendremos que usar la alimentación simétrica, si solo queremos obtener tensiones positivas podemos usar alimentación simple. Se debe tomar en cuenta que ni las entradas ni las salidas del operacional podrán sobrepasar los límites marcados por la alimentación, es decir, si alimentas a 15 V no se puede obtener 17 voltios a la salida.
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL TIPICO
Los opamp se diseñan y construyen de acuerdo con el diagrama de bloques mostrado:
El amplificador diferencial y la etapa de ganancia de voltaje son las únicas etapas que brindan la ganancia de voltaje. La salida del amplificador diferencial se conecta a menudo a un seguidor de emisor con un gran resistor de emisor, de manera que proporcione una alta impedancia de carga al amplificador diferencial con el fin de obtener una elevada ganancia.
Los amplificadores operacionales pueden ser usados para la construcción de un amplificador agregando solamente algunos componentes exteriores, de esta manera se pueden varios tipos de amplificadores, tales amplificadores pueden ser fácilmente implementados con el uso de uno o más amplificadores lineales con alguna retroalimentación. Las características ideales de estos amplificadores son:
AMPLIFICADORES OPERACIONALES PRÁCTICOS.
Los amplificadores operacionales prácticos se aproximan a sus contrapartes ideales pero difieren en algunos aspectos. Por lo que es importante tener un modelo que tome en cuenta las características más importantes del dispositivo no ideal. Se comienza por definir los parámetros utilizados para describir los amplificadores operacionales prácticos, las cuales son proporcionadas por el fabricante, como es el caso del UA741, estos se utilizan mucho porque: 1.-Han sido fabricados por muchos fabricantes de CI, 2.-Se encuentran en grandes cantidades en toda la industria electrónica y 3.- Son compensados internamente, de propósito general, y sus propiedades suelen usarse como una referencia con fines de comparación cuando se trabaja con otros tipos de amplificadores operacionales, algunos de los parámetros son los que se muestran en la tabla siguiente.
En relación al voltaje offset de entrada Vos es el voltaje que debe aplicarse a una u otra de las terminales de entrada, para que el voltaje de salida sea cero, el error en el voltaje de salida se produce por la diferencia de voltajes de entrada del amplificador operacional.
Por otro lado las corrientes de offset idealmente son iguales y asi su diferencia es cero. En un amplificador real estas dos corrientes no son exactamente iguales. La corriente offset de entrada es la diferencia de las corrientes de polarización de entrada y se expresa como.
La corriente Ios debe ser tan pequeña como sea posible, ya que la diferencia en las corrientes de entrada a través de resistencias de entrada grandes producen un voltaje offset muy considerable, observe la figura 3.
El voltaje offset desarrollado por la corriente offset de entrada está dado por:
El error creado por Ios es amplificado por el amplificador operacional y aparece en la salida como:
MATERIAL NECESARIO
1 Amplificador Operacional UA741
Resistencias 1MΩ
Fuente regulable de 0-30Vcd
Multímetro
DESARROLLO.
Nota: Importante, investigar y traer consigo la hoja de datos del amplificador operacional UA741.
En los siguientes circuitos se encontraran los valores de corrientes y voltajes de offset que nos darán información requerida para entender este concepto.
Realizar el circuito de la figura 4, observe que esta configuración se asemeja como un seguidor de voltaje, mida el voltaje Vos y compara el valor obtenido con la hoja de datos del amplificador operacional, haga sus comentarios al respecto.
Continuando con el análisis ahora inserte una resistencia de 1 MΩ , como se muestra en la figura 5, esta resistencia es para poder encontrar la corriente I P aplicando el principio de superposición
Mida V1 con un multímetro y calcule la corriente Ip con un Vos encontrado en la figura 4.
Arme el circuito de la figura 6, aquí observara que ahora la resistencia de 1 MΩ se coloca en la entrada inversora la cual nos ayudara a encontrar la corriente IN, por lo tanto el voltaje de salida V2 será para esta configuración .
Mida V2 y con el mismo valor obtenido de Vos calcule y compruebe la corriente IN
Compruebe los 3 circuitos anteriores implementando algún simulador, comparando los valores obtenidos con los simulados, y anote sus comentarios..
PREGUNTAS
1.-Mencione las características técnicas mas importantes en los amplificadores operacionales.
2.- Investigar los tipos de configuraciones hechas por el amplificador operacional.
3.- Investigar los tipos de empaques con que son fabricados los amplificadores operacionales.
4.- ¿Qué tipo de aplicaciones tiene el amplificador operacional?
OBTENGA SUS CONCLUSIONES.
Bibliografía.
[2] Coughlin, Robert F. “Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales”.
Editorial. Prentice Hall, 5ª Edición.
[3] Malvino, Albert P. “Prácticas de Electrónica” Editorial. Alfa omega, 7ª Edición.

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