Fundamentos de Ingeniería Electrónica FIE... · Fundamentos de Ingeniería Electrónica. Problema...

Grado 1

http://www. dte.uc3m.es

Fundamentos de Ingeniería Electrónica.

Fundamentos de Ingeniería Electrónica

Sesión 7: Amplificadores

(Ejercicios con operacionales)

Grado 2



Sesión 7.

Amplificadores. Ejercicios con operacionales.

• Problema 4: Conversor Digital-Analógico (D/A)

• Problema 5: promediador (para casa)

• Problema 6: promediador con peso (para casa)

• Problema 7: amplificador sumador-restador (para casa)

• Problema 8: acoplo de impedancias (para casa)

• Problema 9: amplificando la señal de un fotodiodo (cara a laboratorio)

• Problema 10: otra forma de hacerlo (amplificador de transimpedancia)

• Problema 11: un problema de examen para ver el nivel que pedimos.

• Problema 12: otro (para casa)

Grado 3



Problema 4: Sumador - Conversor Digital / Analógico(D/A)

AO como sumador escalador

con realimentación negativa

Para el circuito de la figura, se pide:a) Encontrar los valores de vo para cada entrada de la tabla, y representar

en función del tiempo.b) ¿Qué función realiza el amplificador sumador escalador basado en AO?

Observe el escalado de las resistencias R1, R2, R3 y R4.Tiempo (ms) v4 v3 v2 v1 vo

0 a 1 0 0 0 0

1 a 2 0 0 0 5

2 a 3 0 0 5 0

3 a 4 0 0 5 5

4 a 5 0 5 0 0

5 a 6 0 5 0 5

6 a 7 0 5 5 0

7 a 8 0 5 5 5

8 a 9 5 0 0 0

9 a 10 5 0 0 5

10 a 11 5 0 5 0

11 a 12 5 0 5 5

12 a 13 5 5 0 0

13 a 14 5 5 0 5

14 a 15 5 5 5 0

15 a 16 5 5 5 5

+3

-2

V+4

V-

11

OUT1

U1A

LM324 Vee

Vcc

R4

5k

R3

10k

R2

20k

R1

40k

RF

10k

v o

gnd

v 4

v 3

v 2

v 1

Grado 4



v4

v3

v2

v11 t(ms)2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

0V

5V

0V

5V

0V

0V

5V

5V

𝑣𝑂 = −𝑅𝐹 ∙𝑣1𝑅1

+𝑣2𝑅2

+𝑣3𝑅3

+𝑣4𝑅4

Solución:


Grado 5



t (ms) v4 v3 v2 v1 vo

0 a 1 0 0 0 0 Vvo 0000010

1 a 2 0 0 0 5 Vvo 25.1125.000010

2 a 3 0 0 5 0 Vvo 5.2025.00010

3 a 4 0 0 5 5 Vvo 75.3125.025.00010

4 a 5 0 5 0 0 Vvo 5005.0010

5 a 6 0 5 0 5 Vvo 25.6125.005.0010

6 a 7 0 5 5 0 Vvo 5.7025.05.0010

7 a 8 0 5 5 5 Vvo 75.8125.025.05.0010

8 a 9 5 0 0 0 Vvo 10000110

9 a 10 5 0 0 5 Vvo 25.11125.000110

10 a 11 5 0 5 0 Vvo 5.12025.00110

11 a 12 5 0 5 5 Vvo 75.13125.025.00110

12 a 13 5 5 0 0 Vvo 15005.0110

13 a 14 5 5 0 5 Vvo 25.16125.005.0110

14 a 15 5 5 5 0 Vvo 5.17025.05.0110

15 a 16 5 5 5 5 Vvo 75.18125.025.05.0110

Solución:Problema 4: Sumador - Conversor Digital / Analógico(D/A)

Grado 6



v0 (V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

-1.25

0

-2.50

-3.75

-5.00

-6.25

-7.50

-8.75

-10.00

-11.25

-12.50

-13.75

-15.00

-16.25

-17.50

-18.75

-12V

Solución:


Grado 7



Demostrar esta

expresión de la salida

en función de las

entradas.

Se parece mucho al

anterior.

v1

v2

v3

vO

+

_

Problema 5: Promediador (para casa)

𝑣0 = −𝑣1 + 𝑣2 + 𝑣3

3

Grado 8



6. Promediador (para trabajar en casa)

Promedio con peso…

v1

v2

v3

+

_

vO

Problema 6: Promediador con peso (para trabajar en casa)

Grado 9



+

_

vO

v1

v2

v3

v4

Encontrar la salida en

función de las cuatro

entradas.

Problema 7: Amplificador sumador-restador (para casa)

Grado 10



Problema 8: Acoplo de impedancias

Se desea conectar en cascada 4 etapas amplificadoras y comprobar el efecto posible del acoplo entre ellas. ¿Se pueden conectar indistintamente las 4 etapas? Calcule para comprobarlo las ganancias y las impedancias de entrada y salida de cada amplificador basado en AO de la figura.

R1

R2

R3

R1

R1 R1

R2

R2R2

R3

R3

vi vi

vivi

Grado 11



Nota de aplicación Maxim Integrated:

High-Speed Op Amp Enables Infrared (IR) Proximity Sensing

https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4622

SIMPLIFIQUEMOS EL

ANÁLISIS

R1

PD

VCC

-VCC

R3R2

vO

Aplicación para sensor de proximidad

Problema 9: Amplificando una señal de un fotodiodo (lab)

https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4622

Grado 12



R1

PD

VCC

-VCC

R3R2

vO

IPD

aproximamosANÁLISIS


Grado 13



Pongamos unos números

El fotodetector BPW34 recibe una potencia óptica de 15μW.

1. Calcular el valor de R3 para que la tensión Vo sea 3V.

2. ¿Cuál es la potencia máxima que puede recibir el fotodiodo para que el circuito

funcione correctamente?

R1

PD

VCC

-VCC

R3R2

vO

Datos

±Vcc = ± 5V

R1 = 1kΩ

R2 = 1k Ω

Solución

1. R3 ≈ 299 kΩ

2. PPD = 25.5μW


Grado 14



Opacímetro Sentry de Duran Electronics

http://www.duranelectronica.com/wp-content/uploads/2018/07/E-manopacimetro-v08.pdf

Opracímetro para controlar la visibilidad dentro de un túnel.

LED alta

potenciaFotodiodo

Problema 10: Amplificando una señal de un fotodiodo (lab, 2)

http://www.duranelectronica.com/wp-content/uploads/2018/07/E-manopacimetro-v08.pdf

Grado 15



Ejemplo para el circuito receptor

Notas de Aplicación AN1494 Microchips

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01494A.pdf

IRF

ANÁLISIS

Nodo -:

Nodo +:

IPD

VBIAS es negativa.

Si fuera positiva el fotodiodo no funcionaría.

Habría que darle la vuelta.

• En ese caso, ¿cómo sería VOUT?

• ¿Qué habría que hacer para que

funcione el circuito entonces?

Problema 10: Amplificando una señal de un fotodiodo (lab, 2)

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01494A.pdf

Grado 16



Se dispone del circuito amplificador de la Figura P1.a. A su salida se obtiene una señal de tensión, vO,

amplificada de la corriente inversa por el fotodiodo, iF. El fotodiodo a su vez es excitado por un LED. Se

ha modelado el fotodiodo como una fuente de corriente iF.

Problema 11: Un problema de examen del curso pasado

Grado 17



Se pide que calcule, incluyendo todos los cálculos necesarios:•La expresión de v1 en función de iF y del resto de componentes del circuito.•La expresión de v+ del AO2 en función de v1, VCC y -VCC y del resto de componentes del circuito. Para la resolución de este apartado NO utilice el principio de superposición.•La expresión de vO en función de iF, VCC y -VCC y del resto de componentes del circuito.•Se sabe que el amplificador incluye un circuito de corrección de valor medio (offset) (Figura P1.a). Diseñe el valor de la resistencia R3 para que el valor medio de la tensión a la salida del amplificador sea 0V. Utilice como entrada la señal iFrepresentada en la Figura P1.b. Los valores de los componentes son:

•Represente sobre la plantilla de la Figura P1.c la señal vO utilizando los valores de los componentes de d). Use para R3 = 30k, independientemente del valor obtenido en d).

VCC = 15V RB = 200k R1 = 1k R2 = 10k R4 = 2k R5 = 20k


Grado 18




Grado 19



7. Probema de examenProblema 11: Un problema de examen del curso pasado

Grado 20




Grado 21




Grado 22




Grado 23



IHb

IHbO2 R1

Problema 12: Otro problema de examen (para casa)

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