Download integrador, derivador y rectificador de ondas con

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ing. Eléctrica
Electrónica II
INTEGRADOR, DERIVADOR Y RECTIFICADOR DE ONDA CON AMPLIFICADORES
OPERACIONALES
LAURA MAYERLY ÁLVAREZ JIMENEZ (20112007040)
MARÍA ALEJANDRA MEDINA OSPINA (20112007050)
RESUMEN
En esta práctica de laboratorio se implementarán diferentes circuitos electrónicos en los
cuales se comprenderá el funcionamiento de un circuito integrador, derivador y
rectificador de onda utilizando el amplificador operacional, condensadores, algunas
resistencias y diodos. También se observará el efecto de los circuitos al hacer un barrido
de frecuencias en cada uno.
INTRODUCCIÓN
En el desarrollo de la práctica se
implementarán diferentes circuitos en los
que se podrá observar con más
detenimiento las funcionalidades que
presentan
los
amplificadores
operacionales como el integrador, el
derivador y el rectificador de ondas,
conociendo su comportamiento y sus
señales de salida. Asimismo se trabajará
un barrido de frecuencias para percibir el
efecto que tiene en cada uno de los
circuitos. Para realizar lo anterior se
utilizara un amplificador operacional, el
cual corresponde al integrado LF353,
condensadores, resistencias y diodos. Al
trabajar de esta forma se obtendrá un
mayor análisis sobre el diseño y sus
condiciones al momento de realizar un
circuito con funciones determinadas.
OBJETIVOS





Comprender la estructura y el
funcionamiento del integrado
LF353 que corresponde al
amplificador operacional utilizado
en esta práctica de laboratorio.
Conocer la funcionalidad y la
estructura
de
un
circuito
integrador, derivador y rectificador
de onda.
Visualizar
y
analizar
el
comportamiento de las señales
de entrada y salida de los
circuitos
planteados
en
el
osciloscopio.
Comprender el funcionamiento de
los circuitos realimentados.
Implementar
montajes
de
circuitos determinados.
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Electrónica II
EQUIPAMIENTO





Fuente DC.
Generador de señales.
Multímetro.
Osciloscopio.
Conectores.
En el siguiente gráfico se puede ver una
señal de entrada (línea recta) de 3 voltios
que se mantiene continuo con el pasar
del tiempo.
MATERIALES






Circuito Integrado (CI) LF353.
Protoboard (placa de prototipos).
Resistencias.
Condensadores.
Diodos.
Cables.
A continuación, el gráfico muestra que el
área bajo la curva en un momento
cualquiera es igual al valor de la entrada
multiplicado por el tiempo,
MARCO TEÓRICO
Integrador
Operacional
con
Amplificador
Un circuito integrador realiza un proceso
de suma llamado "integración". La
tensión de salida del circuito integrador
es proporcional al área bajo la curva de
entrada (onda de entrada), para
cualquier instante.
Por ejemplo:
Al terminar el primer segundo, el área
bajo la curva es
Al terminar el siguiente segundo, el área
bajo la curva es
Al terminar el tercer segundo, el área
bajo la curva es
Al terminar el cuarto segundo, el área
bajo la curva es
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Dando los valores de resistor R = 1 MΩ y
capacitor C = 1 uF al primer gráfico, el
valor de la tensión de salida es:
(
)
La ganancia de este amplificador en este
caso es:
(
)
El signo negativo se debe a que el
amplificador
operacional
está
configurado como amplificador inversor
sucede cuando el amplificador llega a su
tensión de saturación.
Derivador
Operacional
con
Amplificador
Un derivador es un circuito en el que la
señal de salida es proporcional a la
derivada en el tiempo de la señal de
entrada. En otras palabras la salida es
proporcional a la velocidad de variación
de la señal de la entrada.
La fórmula
Así:
Nota: ∆ = cambio
Al terminar el primer segundo,
Tipos de ondas de entrada
Al terminar el siguiente segundo,
Señal de entrada es una tensión fija
(ejemplo: 3 Voltios):
Al terminar el tercer segundo,
Al terminar el cuarto segundo,
Esta tensión de salida no crece
indefinidamente (en sentido negativo).
Hay un momento, como se puede ver el
último gráfico en que ésta línea se
mantiene a un valor constante. Esto
La velocidad de variación de la señal de
entrada es cero y por consiguiente la
salida también será cero.
Señal de
cuadrada:
entrada
es
una
onda
Cada vez que la señal cambia de nivel
hay un brusca variación en la señal de
entrada (se pasa de un nivel de tensión a
otro en un tiempo muy corto).
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En la salida se observan unos picos,
tanto en el sentido positivo como
negativo (dependiendo del sentido de la
variación).
Señal de
triangular:
entrada
es
una
onda
La señal de salida es cuadrada, ejemplo:
En el caso de la onda cuadrada de 3
voltios de amplitud:
(
(
)
)
Si el tiempo fuera menor la velocidad de
cambio aumentaría. La salida de cada
salto está invertida debido a que la
entrada está conectada a la patita
inversora del amplificador operacional
Cuando la señal de entrada es
sinusoidal, la salida del derivador es
como se muestra en el siguiente gráfico:
Aquí
,
(negativo pues el derivador es también
inversor).
Como
,
entonces
ó
De la última fórmula se puede ver que un
derivador es proporcional a la frecuencia
de la señal de entrada. La mayor
velocidad se da cuando la señal cruza el
eje
horizontal
con
un
ángulo
pronunciado.
Si hubiese ruido a la entrada, éste
normalmente sería de una frecuencia
más alta comparado con la señal a
derivar, esto causaría que pequeños
valores de ruido aparezcan a la salida
mucho más grandes.
Para evitar esto se coloca en la entrada
un resistor R1 (en serie con el capacitor
C) y un capacitor C1 se agrega en
paralelo
con
la
resistencia
de
realimentación (R) para reducir la
tendencia a oscilar del circuito.
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Estos dos últimos componentes (R1 y
C1) reducen la capacidad de derivación
del circuito, pero sólo lo hacen hasta la
frecuencia que determinan los resistores
y capacitores.
Datasheet LF353
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ACTIVIDADES A REALIZAR
DESARROLLO Y SIMULACIONES DE LA PRÁCTICA
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
INTEGRADOR

DERIVADOR
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
RECTIFICADOR
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Electrónica II
CONCLUSIONES




El circuito integrador es un
circuito con un amplificador
operacional
que
realiza
la
operación
matemática
de
integración. El circuito actúa
como
un
elemento
de
almacenamiento que produce una
salida de tensión que es
proporcional a la integral en el
tiempo de la tensión de entrada.
Un amplificador operacional es un
dispositivo lineal de propósito
general el cual tiene capacidad de
manejo de señales normales o
definidas por fabricantes que
pueden ser manejadas por
configuraciones básicas de un
amplificador operacional.
Se comprobó la teoría de
amplificadores operacionales, su
estructura, su funcionamiento y
su configuración de polarización
correspondiente,
además
de
implementarlo
para
obtener
distintos circuitos (integrador,
derivador y rectificador de onda).
El circuito derivador realiza la
operación
matemática
de
derivación, de modo que la salida
de este circuito es proporcional a
la derivada en el tiempo de la
señal de entrada. En otras
palabras, la salida es proporcional
a la velocidad de variación de la
señal de entrada.


Para que la señal ingrese
totalmente
al
amplificador
operacional la resistencia de
entrada debe ser muy grande con
respecto a la resistencia de la
fuente.
Se evidenció experimentalmente
la teoría vista en clases sobre
amplificadores operacionales y
sus funcionalidades en este caso
el circuito integrador, derivador y
rectificador de onda.
BIBLIOGRAFÍA
B. Guio, Electrónica Básica, Quinta
Edición (Segunda versión en Español),
McGraw-Hill, México, 1989.
Boylestard, Robert. Electrónica Teoría de
circuitos y dispositivos electrónicos.
Derivador con Amplificador Operacional:
características, [en línea], disponible en:
http://www.unicrom.com/tut_derivador.as
p, recuperado el 26 de Mayo de 2013.
Integrador con Amplificador Operacional:
características, [en línea], disponible en:
http://www.unicrom.com/Tut_integrador.a
sp, recuperado el 26 de Mayo de 2013.
Datasheet LF353 [en línea], disponible
en:http://www.datasheetcatalog.org/datas
heet/fairchild/LF353.pdf, recuperado el
18
de
Mayo.