AMPLIFICADORES

FASE DE LA ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE: 1 RECOLECCIN DE INFORMACIN

JUAN DAVID PEA ARBOLEDA 71372424

NORA DELGADO ERAZO 1122783204

JOSE EDER BONILLA ACEVEDO - 10389384

FALCIONY SOLS CADENA

GRUPO 201425_13

TUTOR

ALFREDO LOPEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA-UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA

INGENIERA DE TELECOMUNICACIONES

MARZO 13 DEL 2015

INTRODUCCION

Con la elaboracin del trabajo de conceptos y componentes se pretende lograr y contextualizar

definiciones y expresiones del curso de amplificadores, esencial para la formacin acadmica de

ingeniera electrnica partiendo de conceptos bsicos como son los transistores, los diagramas, esquemas

de Bode y el funcionamiento bsico de los amplificadores operacionales.

Por tanto se hace la recopilacin de algunas de las teoras importantes de la unidad uno, como lo es el

diagrama de Bode, configuraciones compuestas basadas en transistores, las configuraciones bsicas del

amplificador operacional y los primeros pasos para la solucin del problema planteado basndose en el

mtodo ABP. Todo esto con el objetivo de fundamentarnos para solucionar la primera parte del problema

a resolver y as trabajar de la forma ms adecuada en la siguiente etapa del trabajo en grupo.

Se realizan algunos anlisis con respecto a las preguntas sugeridas en la gua de actividades del

curso. Estas preguntas sugieren una forma de manejo de las unidades a lo largo del curso, utilizando un

modelo de aprendizaje basado en proyectos, los cuales resultan ser la gua en el desarrollo del presente

trabajo.

El concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los computadores

analgicos, en los que comenzaron a usarse tcnicas operacionales en una poca tan temprana como en

los aos 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc

(amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas

caractersticas de operacin estaban determinadas por los elementos de realimentacin utilizados.

Cambiando los tipos y disposicin de los elementos de realimentacin, podan implementarse diferentes

operaciones analgicas; en gran medida, las caractersticas globales del circuito estaban determinadas

solo por estos elementos de realimentacin. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar

diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar al surgimiento

de una nueva era en los conceptos de dise de circuitos.

Los primeros amplificadores operacionales usaban el componente bsico de su tiempo: la vlvula de

vaco. El uso generalizado de los AOs no comenz realmente hasta los aos 60, cuando empezaron a

aplicarse las tcnicas de estado slido al diseo de circuitos amplificadores operacionales, fabricndose

mdulos que realizaban la circuitera interna del amplificador operacional mediante el diseo discreto de

estado slido. Entonces, a mediados de los 60, se introdujeron los primeros amplificadores operacionales

de circuito integrado. En unos pocos aos los amplificadores operacionales se convirtieron en una

herramienta estndar de diseo, abarcando aplicaciones mucho ms all del mbito original de los

computadores analgicos.

OBJETIVOS

Objetivo general:

Recolectar informacin en forma grupa de la unidad 1 como fundamento para la posterior

solucin al problema planteado en el desarrollo del curso.

Objetivos especficos:

Estudiar lo referente a la elaboracin del diagrama de Bode de los circuitos.

Estudiar y recopilar informacin de las configuraciones compuestas conformadas por

transistores.

Estudiar y recopilar informacin de las configuraciones bsicas de los Amplificadores

Operacionales.

Dar solucin las tres primeras partes de problema planteado con base al ABP.

TABLA RESUMEN DE APORTES:

Nombre JUAN DAVID PEA ARBOLEDA

1. Explique el

mtodo para

hacer el diagrama

de Bode de un

circuito tanto el

de amplitud como

el de fase?

El diagrama de Bode es una herramienta en la cual nos permite realizar una

representacin grafica que nos sirve para caracterizar la respuesta en frecuencia de

un sistema por medio de dos graficas una con la magnitud de dicha funcin y otra

con la fase. Recordemos que la frecuencia es la magnitud que mide el nmero de

repeticiones por unidad de tiempo. Y la fase indica la situacin instantnea en el

ciclo de una magnitud que varia cclicamente siendo la diferencia en grados entre

un punto dentro de este crculo y su comienzo. El diagrama de Bode de un circuito

de amplitud dibuja el modulo de la funcin de transferencia o ganancia en funcin

de la frecuencia en escala logartmica, se emplea en procesado de seal para mostrar

su respuesta en frecuencia de un sistema lineal.

El diagrama de Bode de un circuito de fase representa la fase de una funcin de

transferencia en funcin de la frecuencia en escala logartmica permitiendo evaluar

el desplazamiento en fase de una seal a la salida de un sistema respeto a la entrada

para una frecuencia determinada. Los diagramas de Bode no pueden cambiarse

independientemente ya que cambiar la ganancia implica cambiar el desfase y

viceversa. Cuando tenemos una funcin de transferencia racional, entonces el

diagrama de Bode se puede aproximar con segmentos rectilneos estas siendo muy

tiles ya que se puede dibujar a mano siguiendo ciertas reglas, se puede hacer esta

aproximacin corrigiendo el valor de las frecuencias de corte y el uso de clculo

logartmico nos va permitir simplificar este tipo de funciones.

El diagrama de Bode de un circuito de fase representa la fase de una funcin de

transferencia en funcin de la frecuencia en escala logartmica permitiendo evaluar

el desplazamiento en fase de una seal a la salida de un sistema respeto a la entrada

para una frecuencia determinada. Los diagramas de Bode no pueden cambiarse

independientemente ya que cambiar la ganancia implica cambiar el desfase y

viceversa.

Cuando tenemos una funcin de transferencia racional, entonces el diagrama de

Bode se puede aproximar con segmentos rectilneos estas siendo muy tiles ya que

se puede dibujar a mano siguiendo ciertas reglas, se puede hacer esta aproximacin

corrigiendo el valor de las frecuencias de corte y el uso de clculo logartmico nos

va permitir simplificar este tipo de funciones.

2. Qu tipos de

configuraciones

compuestas

basadas en

transistores se

pueden definir?

Cascode: Es un amplificador de dos etapas compuesto por un amplificador que

cuenta con las siguientes caractersticas. Presenta ganancia de corriente y de

voltaje, Mejora el ancho de banda, presenta alta impedancia para la base comn,

Fortalece la estabilidad de banda a banda, Puede trabajar a altas Frecuencias.

Cascode se construye normalmente a partir de dos transistores uno como emisor

comn y otro como base comn, este mejora el aislamiento de entrada-salida ya

que no hay acoplamiento directo de la salida a la entrada. Al combinar la alta

impedancia de entrada y la transconductancia mediante la configuracin de emisor

comn con la respuesta a altas frecuencias y la propiedad de hacer un buffet de

corriente de la configuracin base comn. Con la configuracin cascode se puede

tener un ancho de banda mayor y se puede alterar la ganancia y mantener el ancho

de banda.

Amplificador Diferencial: Es la parte fundamental de muchos amplificadores y

comparadores y es una etapa clave de la familia lgica ECL (Emitter-coupled-

logic) lgica de emisores acoplados, se abordan tcnicas de polarizado y anlisis

de pequea seal introduciendo conceptos en modo diferencial de modo que

permitan simplificar el anlisis de estos amplificadores. Este amplificador en su

salida es proporcional a la diferencia de sus dos entradas y en cualquiera de sus

casos es referida tierra compleja. Se construye a partir de dos transistores que

comparten la conexin del emisor por la que se inyecta una corriente de

polarizacin, las bases son las entradas mientras que los colectores son las salidas.

Esta descripcin se basa para transistores de unin bipolar pero tambin aplican

para tecnologa MOS y CMOS

Fuente de Corriente: Son ampliamente utilizadas en circuitos electrnicos

integrados, como elementos de polarizacin y cargas activas. En etapas

amplificadoras resultando as ms insensibles a variaciones de tensin de

polarizacin y de temperatura. Y como cargas activas proporcionan resistencias

incrementales de alto valor resultando etapas amplificadoras con elevada ganancia

operando incluso con bajos niveles de tensiones de polarizacin.

Darlington: es la conexin de dos transistores BJT para operar como un solo

transistor con una superbeta, con una ganancia de corriente B que es producto de

los Bs de los transistores individuales. Si B1=B2=B la conexin Darlington dara

una ganancia de corriente de B al cuadrado, siendo la ganancia de corriente en este

tipo de configuraciones de unos miles al igual que un mayor desplazamiento de fase

en altas frecuencias que un nico transistor. De ah que pueda convertirse

fcilmente en inestable. La tensin base-emisor tambin es mayor, ya que es la

suma de sus tensiones y para transistores de cilicio es superior a 1.2 V.

Bdarlington= B1.B2+B1+B2.

Puente H: En electrnica son muy utilizados ya que son los que permiten que un

motor en DC gire en ambos sentidos, avance y retroceso. El puente H construido

con transistores bipolares BJT, son una opcin rpida ya que son robustos y fciles

de controlar y disear pero tiene grandes limitaciones la baja potencia que soportan

y su baja eficiencia pero pueden ser muy tiles en muchos casos.

El puente H se construye con cuatro interruptores cuando los interruptores s1 y s4

estn cerrados y s2 y s3 abiertos se aplica una tensin positiva en el motor,

hacindolo girar en un sentido y haciendo el procedimiento contrario el voltaje se

invierte permitiendo el giro en sentido inverso del motor.

Espejo de Corriente: Circuito que acta como fuente de corriente cuyo valor es el

reflejo de la corriente que pasa por una resistencia de polarizacin y un diodo. Se

utiliza principalmente en circuitos integrados utilizando transistores con idnticas

cadas de tensin base-emisor e igual valor del beta.

Con la configuracin espejo de corriente se pretende obtener una corriente

constante. Y una de sus ventajas es el incremento en la ganancia de tensin y el

rechazo al modo comn (CMRR)

3. Cules son las

configuraciones

bsicas del

amplificador

operacional con

sus respectivas

expresiones

matemticas de

salida.

Amplificador Inversor: en el amplificador inversor la entrada (+) esta a masa y la

seal se aplica a la entrada (-). A travs de R1, con realimentacin desde la salida

a travs de R2. El nombre de inversor viene dado por el signo negativo presente en

la formula es decir el montaje invierte la fase de la seal. Puesto que el amplificador

tiene ganancia infinita, desarrollara su tensin de salida, V0, con tensin de entrada

nula ya que la entrada diferencial de A es:

Vd-Vp-VnVd=0.-Y si Vd=0

Entonces toda la tensin de entrada Vi, deber aparecer en R1, obteniendo una

corriente en R1.

V0/VI= -R2/R1.

Amplificador no Inversor: la configuracin del Amplificador no inversor la tensin

de entrada, se aplica al pin positivo, pero como sabemos que la ganancia de un AO

es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje que en el pin negativo.

Conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular la relacin que existe

entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeo

divisor de tensin. Una de sus caractersticas ms importantes es su capacidad de

mantener la fase de la seal. Se puede apreciar como no existe signo negativo en la

expresin ( no se invierte la seal) siendo adems la ganancia siempre superior a la

unidad, por consiguiente no permite atenuar seales.

V0/V1=R1+R2/R1

4. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

1 (anlisis del

escenario) del

ABP.

De acuerdo al problema y a la necesidad planteada lo primero que debemos hacer

es realizarnos la siguiente pregunta Que elementos necesitamos para realizar

dicho dispositivo?, posteriormente realizar el proceso del costo acompaado de la

capacidad para realizar el montaje verificando el comportamiento de cada

elemento, para esto debemos tener las siguientes variables las caractersticas del

generador y su uso dentro de la empresa, que el dispositivo diseado cumpla con

las caractersticas de la necesidad y que sus elementos de proteccin sean eficaces

cuando se est operando el equipo diseado.

5. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

2 (lista de lo que

se sabe) del ABP.

Un generador de seal es un dispositivo electrnico el cual genera patrones de

seales peridicas o no peridicas tanto analgicas como digitales. Tiene la

capacidad de producir ondas sinusoidales, cuadrticas y triangulares ptimos para

la calibracin de sistemas de audio su rango de trabajo es normalmente entre 0.2

Hz a 2 MHz La gama de frecuencias en las que funciona un amplificador de audio

es la ms baja de la electrnica de 20Hz a 20KHz) lo que permite manipular sin

que se produzcan problemas con la inductancia y capacidades parasitas.

Permitiendo construir nuestros propios instrumentos de medicin sin realizar

grandes gastos de dinero.

6. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

3 (descripcin del

problema).

El circuito llamado puente de Wien, produce ondas sinusoidales puras a una

frecuencia fija, se genera una seal de realimentacin controlada a travs del AO.

Puede generar un amplio rango de frecuencias de 5Hz a 5MHz y su frecuencia de

oscilacin est dada por. El puente adems del AO lo integran cuatro resistencias y

dos condensadores, en el mercado se tienen como referencia el AO 741.

Nombre NORA DELGADO ERAZO

1. Explique el

mtodo para

hacer el diagrama

de Bode de un

circuito tanto el

de amplitud como

el de fase?

Consta de dos grficas separadas, una que corresponde con la magnitud de dicha

funcin (logaritmo de una funcin de trasferencia sinusoidal) y otra que

corresponde con la fase (Angulo de fase).

AMPLITUD: Lm= 20log10IG(jw)l Donde G(jw) es funcin de transferencia del

sistema, Se mide en decibelios (dB)

Por ejemplo:

Cuando la magnitud equivale a

Cuando

Fase:

= ()

2. Qu tipos de

configuraciones

compuestas

basadas en

transistores se

pueden definir?

El cascodo es un amplificador de dos etapas compuesto por un amplificador. En

comparacin con una sola etapa de amplificacin, esta combinacin puede tener

una o ms de las siguientes caractersticas: mayor aislamiento de entrada-salida,

ms alta impedancia de entrada, de alta impedancia de salida, la ganancia ms alta

o mayor ancho de banda. En los circuitos modernos, la cascode a menudo se

construye a partir de dos transistores, con uno que funciona como un emisor comn

o fuente comn y el otro como una base comn o puerta comn. El cascode mejora

el aislamiento de entrada-salida ya que no hay acoplamiento directo de la salida a

la entrada.

Darlington: Conexin de 2 transistores BJT para operar como un solo transistor

con una superbeta.La conexin Darlington acta como un transistor compuesto,

con una ganancia de corriente () que es producto de los `s de los transistores

individuales.Si 1 = 2 = , la conexin Darlington dara una ganancia de corriente

de al cuadrado.Por lo general la ganancia de corriente en este tipo de

configuracin es de unos miles.

Las fuentes de corriente son ampliamente utilizadas en circuitos electrnicos

integrados como elementos de polarizacin y como cargas activas en etapas

amplificadoras. Estas fuentes en polarizacin resultan ms insensibles a variaciones

de las tensiones de polarizacin y de la temperatura, y son ms econmicas que los

elementos resistivos en trminos de rea de ocupacin, especialmente cuando las

corrientes son bajas. Las fuentes de corriente como cargas activas proporcionan

resistencias incrementales de alto valor resultando etapas amplificadoras con

elevada ganancia operando incluso con bajos niveles de tensiones de polarizacin.

3. Cules son las

configuraciones

bsicas del

amplificador

operacional con

sus respectivas

expresiones

matemticas de

salida.

Amplificador inversor

Expresin matemtica:

Amplificador no-inversor:

Expresin matemtica:

Amplificador seguidor:

Amplificador sumador:

Amplificador restador:

Integrador y derivador:

Frmula matemtica

Logartmico y antilogartmico (exponencial):

4. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

Anlisis del escenario: Se va a trabajar en una fbrica de amplificadores, por lo

que se puede suponer que se dispondr de los elementos suficientes o ser fcil

adquirirlos, aunque hay que tener en cuenta que el dispositivo debe ser de bajo costo

y de buena calidad.

1 (anlisis del

escenario) del

ABP.

5. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

2 (lista de lo que

se sabe) del ABP.

El dispositivo generador de seal debe producir una onda senoidal de muy buena

calidad. Debe contar con elementos de proteccin y otros que faciliten su

manipulacin.

6. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

3 (descripcin del

problema).

Se diseara un dispositivo generador de seal para probar dispositivos de audio, de

buena calidad y bajo costo.

Nombre JOSE EDER BONILLA

1. Explique el

mtodo para

hacer el diagrama

de Bode de un

circuito tanto el

de amplitud como

el de fase?

El anlisis de circuitos electrnicos se puede realizar a travs del tiempo para ver

grficamente cmo se comporta un circuito a medida que va pasando el tiempo,

este tipo de grafica se puede observar en un osciloscopio, el cual muestra la seal

del circuito en una pantalla donde el dominio es el tiempo. Tambin existe otro tipo

de dominio en el que se puede estudiar el comportamiento de los circuitos y es el

dominio de la frecuencia. Resulta que cuando se estudia el comportamiento de los

circuitos en el dominio del tiempo, la visualizacin grafica de dicho

comportamiento se reduce a un instante de tiempo llamado transciende lo cual hace

que la grafica se pueda observar en una escala normal. Cuando se analiza el

comportamiento del circuito en el dominio de la frecuencia se tiene un problema y

es que la escala de frecuencia es muy amplia y para graficar su comportamiento en

dicho dominio se necesitara bastante espacio, es por ello que se realiza una

manipulacin matemtica que consiste en pasar los valores de ganancias o

eficiencias en una escala logartmica. Al pasar a esta escala logartmica se tienen el

bel que tienen unidades a dimensionales pero para distinguirlas de su tratamiento

matemtico se le da el nombre de bel, el cual al multiplicarlo por 10 da como

resultado el decibel.

Se tiene entonces que se puede observar el comportamiento de un circuito a lo largo

de la frecuencia y a este diagrama se le denomina diagrama de Bode donde se puede

observar el comportamiento de la ganancia o eficiencia de un circuito a lo largo de

diferentes valores de frecuencia. A medida que se estudia la magnitud

anteriormente mencionada a lo largo de la frecuencia, se modifica otro valor en el

circuito el cual corresponde a la fase, entonces para analizar de forma completa un

circuito a lo largo de la frecuencia, se estudian dos graficas una de ganancia y otra

de fase.

Para obtener la grafica de ganancia, se procede primero a obtener las ecuaciones

mencionadas en el dominio de la frecuencia a partir del diseo del circuito que se

quiere estudiar, es decir el comportamiento de sus reactancias capacitivas e

inductivas y con estos valores se tiene la ecuacin en funcin de la frecuencia y se

pasa a una escala logartmica. Posteriormente se analiza el comportamiento de esta

magnitud para diferentes dcadas de frecuencia y uniendo los puntos obtenidos de

dicho anlisis se va obteniendo la grafica de Bode en el dominio de la frecuencia.

2. Qu tipos de

configuraciones

compuestas

basadas en

transistores se

pueden definir?

Bsicamente se tienen cinco configuraciones compuestas en un sentido general y a

partir de estas configuraciones se desprenden algunas variaciones de los circuitos

en espera de una mejora de ciertas capacidades. Las configuraciones son, los

amplificadores de continua, el amplificador Darlington, el amplificador diferencial,

las fuentes de corriente y el amplificador diferencial con carga activa.

Los amplificadores de continua buscan mejorar el acoplamiento o la ganancia de

acuerdo a su tipo de conexin. Los amplificadores Darlington utilizan dos

transistores en los cuales se amplifica la corriente y se obtiene alta impedancia de

entrada y baja de salida. El amplificador diferencial es un amplificador que tiene

dos entradas y una salida y se pueden realizar diferencias de voltaje entre las

entradas, esto se logra con dos transistores dispuestos de forma similar. Las fuentes

de corriente se utilizan en la polarizacin de los circuitos y lo que hacen es ofrecer

una corriente constante al circuito que se desea polarizar. Por ltimo se tiene el

amplificador diferencial con carga activa, el cual es un amplificador diferencial

ayudado de ms dispositivos transistorizados dispuesto de forma particular.

3. Cules son las

configuraciones

bsicas del

amplificador

operacional con

sus respectivas

expresiones

matemticas de

salida.

El amplificador inversor, El amplificador no inversor:

4. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

1 (anlisis del

escenario) del

ABP.

Se plantea un problema en el cual se trabaja con un generador de funciones pero al

estar descompuesto es necesario desarrollar otro dispositivo el cual debe generar

una seal oscilatoria de forma indefinida, es decir, diseada para trabajar en un

tiempo infinito. Este oscilador debe ser autnomo y adicionalmente debe

permitrsele trabajar en condiciones de prueba para amplificadores, es por ello que

se debe tener en cuenta que si siempre va a estar en un estado de prueba, se pueden

generar calentamientos del dispositivo y se debe realizar un dimensionamiento

mayor al diseado para que pueda trabajar en condiciones extremas de trabajo, es

decir, para mucho en estado de calentamiento sin llegar a saturarse o daarse de

cualquier otra forma.

5. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

2 (lista de lo que

se sabe) del ABP.

Lo primero que se puede intuir es que se necesita un circuito oscilador, el cual se

puede realizar con dispositivos de almacenamiento como condensadores o bobinas,

sin embargo la seal producida por elementos pasivos resultar por deteriorarse y

finalmente desaparecer, en su defecto, producir una seal de frecuencia fija

pero con amplitud muy pequea, lo cual no es suficiente para el estado de trabajo

anteriormente mencionado, es por ello que se hace necesario la implementacin de

un amplificador de forma tal que se pueda regular el voltaje de salida de la seal

que est en oscilacin.

6. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

3 (descripcin del

problema).

El problema est en desarrollar un generador de seales de amplitud variable ya

que se debe utilizar para probar dispositivos de amplificacin y esto va a requerir

de un dispositivo de muy buena calidad. Tambin se tiene que este generador debe

disponer de una perilla botn de variacin de la frecuencia, ya que la prueba de

los amplificadores tiene una gran importancia en su comportamiento a lo largo de

la frecuencia, entonces dicho dispositivo diseado deber tener la posibilidad de

variar la frecuencia con el fin de observar el comportamiento de los amplificadores

que son sometidos a dicha prueba.

Nombre FALCIONY SOLIS CADENA

1. Explique el

mtodo para

hacer el diagrama

de Bode de un

circuito tanto el

de amplitud como

el de fase?

El diagrama de Bode es un tipo de representacin grfica de funciones complejas

(en nuestro caso, funciones de transferencia) dependientes de una variable real (la

frecuencia angular o lineal): En un diagrama de Bode se representa por un lado el

mdulo de la funcin (H ()) y por otro la fase ( ()). La figura 1 muestra como

ejemplo el diagrama de Bode de un filtro paso baja de primer orden, cuya funcin

de transferencia es: A la hora de elaborar un diagrama de Bode hay que prestar

atencin al hecho de que la escala correspondiente al eje de frecuencias es

logartmica. Qu es una escala logartmica y por qu usarla? Las escalas

logartmicas se emplean cuando se quieren representar datos que varan entre s

varios rdenes de magnitud (como en el ejemplo de la figura 1, en el que la

frecuencia vara entre 1 rad/s y 106 rad/s). Si hubisemos empleado una escala

lineal.los diagramas de Bode son de amplia aplicacin en la Ingeniera de Control,

pues permiten representar la magnitud y la fase de la funcin de transferencia de

un sistema, sea ste elctrico, mecnico,... Su uso se justifica en la simplicidad con

que permiten, atendiendo a la forma del diagrama, sintonizar diferentes

controladores (mediante el empleo de redes de adelanto o retraso, y los conceptos

de margen de fase y margen de ganancia, estrechamente ligados stos ltimos a los

llamados diagramas de Nyquist), y porque permiten, en un reducido espacio,

representar un amplio espectro de frecuencias. En la teora de control, ni la fase ni

el argumento estn acotadas salvo por caractersticas propias del sistema. En este

sentido, slo cabe esperar, si el sistema es de orden 2 tipo 0, por ejemplo, que la

fase est acotada entre 0 y -180.As pues, datos importantes a obtener tras la

realizacin del diagrama de Bode para en anlisis de la estabilidad de dicho sistema

son los siguientes:

Margen de fase: Es el ngulo que le falta a la fase para llegar a los -180 cuando la

ganancia es de 0dB. Si la ganancia es siempre inferior a 0dB, el margen de fase es

infinito.

Margen de ganancia: Es el valor por el que habra que multiplicar (en decimal), o

sumar (en dB) a la ganancia para llegar a 0dB cuando la fase es de -180.

El sistema representado ser estable si el margen de ganancia y el margen de fase

son positivos.

2. Qu tipos de

configuraciones

compuestas

basadas en

transistores se

pueden definir?

Bsicamente se tienen cinco configuraciones compuestas en un sentido general y a

partir de estas configuraciones se desprenden algunas variaciones de los circuitos

en espera de una mejora de ciertas capacidades. Las configuraciones son, los

amplificadores de continua, el amplificador Darlington, el amplificador diferencial,

las fuentes de corriente y el amplificador diferencial con carga activa.

Los amplificadores de continua buscan mejorar el acoplamiento o la ganancia de

acuerdo a su tipo de conexin. Los amplificadores Darlington utilizan dos

transistores en los cuales se amplifica la corriente y se obtiene alta impedancia de

entrada y baja de salida. El amplificador diferencial es un amplificador que tiene

dos entradas y una salida y se pueden realizar diferencias de voltaje entre las

entradas, esto se logra con dos transistores dispuestos de forma similar. Las fuentes

de corriente se utilizan en la polarizacin de los circuitos y lo que hacen es ofrecer

una corriente constante al circuito que se desea polarizar. Por ltimo se tiene el

amplificador diferencial con carga activa, el cual es un amplificador diferencial

ayudado de ms dispositivos transistorizados dispuesto de forma particular.

3. Cules son las

configuraciones

bsicas del

amplificador

La configuracin ms sencilla es la inversora. Dada una seal analgica (por

ejemplo de audio) el amplificador inversor constituye el modo ms simple de

amplificar o atenuar la seal (en el ejemplo propuesto modificar el volumen de la

seal).

operacional con

sus respectivas

expresiones

matemticas de

salida.

se comenzar por la configuracin ms adecuada para nuestros propsitos:

El modo amplificador inversor. Hemos afirmado anteriormente que la impedancia

de entrada del dispositivo es infinita, por lo cual no circular corriente en el interior

del amplificador operacional y las resistencias R1 y R2 estarn dispuestas en serie.

Por encontrarse estas resistencias dispuestas en serie la corriente que atravesar

ambas ser la misma, podemos afirmar por tanto:

4. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

1 (anlisis del

escenario) del

ABP.

Dentro del campo de la informtica encontramos que los computadores son una

herramienta vital para el estudio y el conocimiento en la actualidad y donde las

tecnologas se estn basando en el estudio de materiales para mejorar los

componentes electrnicos y minimizar los equipos en tamao mejorando su

capacidad y su peso

5. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

2 (lista de lo que

se sabe) del ABP.

Se ha realizado una investigacin en internet en el uso ms prctico de los

amplificadores y se encontr esta informacin amplificadores operacionales de

bajo consumo con mejoras en la precisin y reduccin de tamao.

Los dispositivos TSV85x y LMV82x tienen el objetivo de convertirse en

una actualizacin del estndar de la industria (LMV321) para aplicaciones de

acondicionamiento de seal en informtica, sanidad e industria.

Los amplificadores operacionales (opamps), unos circuitos integrados

que amplifican la tensin, suelen ser los bloques de construccin de sistemas

electrnicos en un amplio rango de dispositivos y equipos. Las nuevas familias de

ST, con un diminuto tamao que no altera el rendimiento, responden a la demanda

de formatos cada vez ms elegantes en electrnica, como sucede en ordenadores

porttiles ultra delgados.

Los modelos TSV85x y LMV82x se presentan con una opcin de pin shut-

down que ayuda a minimizar el consumo de corriente a "prcticamente cero" y las

versiones de grado A ofrecen los valores ms bajos de tensin offset de entrada.

Los nuevos opamps pueden trabajar a 200 mV por debajo de cero en modo comn,

incrementado la libertad de diseo al poder resistir hasta 6 V con la mxima ratio y

ampliando el margen de una fuente de alimentacin tpica de 5 V. Estas

caractersticas se traducen en una mayor seguridad de aplicacin.

Los clientes tambin se benefician de los estndares de calidad en el proceso de

fabricacin de ST con ratios de error inferiores a 0,1 ppm (componentes por

milln). Los amplificadores operaciones TSV85x y LMV82x se encuentran

disponibles en versionessingle, dual y quad en encapsulados DFN8 de 2 x 2 mm.

6. Para el

problema

planteado,

desarrolle el paso

3 (descripcin del

problema).

La utilidad de estos equipos pienso que son el acercamiento al futuro ya que son

equipos con menos peso muy buena capacidad de memoria y muy prcticos para

llevarlos de un lugar a otro

Respuesta grupal:

1. Explique el mtodo para hacer el diagrama de Bode de un circuito tanto el de amplitud como

el de fase?

Es la representacin bsica en trminos de las lneas asintticas y de puntos asociados, El diagrama

de Bode es una herramienta en la cual nos permite realizar una representacin grafica que nos sirve para

caracterizar la respuesta en frecuencia de un sistema por medio de dos graficas una con la magnitud de

dicha funcin y otra con la fase. Recordemos que la frecuencia es la magnitud que mide el nmero de

repeticiones por unidad de tiempo. Y la fase indica la situacin instantnea en el ciclo de una magnitud

que varia cclicamente siendo la diferencia en grados entre un punto dentro de este crculo y su comienzo.

Es por ello que se realiza una manipulacin matemtica que consiste en pasar los valores de ganancias

o eficiencias en una escala logartmica. Al pasar a esta escala logartmica se tienen el bel que tienen

unidades a dimensionales pero para distinguirlas de su tratamiento matemtico se le da el nombre de bel,

el cual al multiplicarlo por 10 da como resultado el decibel.

Se tiene entonces que se puede observar el comportamiento de un circuito a lo largo de la frecuencia y

a este diagrama se le denomina diagrama de Bode donde se puede observar el comportamiento de la

ganancia o eficiencia de un circuito a lo largo de diferentes valores de frecuencia. A medida que se

estudia la magnitud anteriormente mencionada a lo largo de la frecuencia, se modifica otro valor en el

circuito el cual corresponde a la fase, entonces para analizar de forma completa un circuito a lo largo de

la frecuencia, se estudian dos graficas una de ganancia y otra de fase. Para obtener la grafica de

ganancia, se procede primero a obtener las ecuaciones mencionadas en el dominio de la frecuencia a

partir del diseo del circuito que se quiere estudiar, es decir el comportamiento de sus reactancias

capacitivas e inductivas y con estos valores se tiene la ecuacin en funcin de la frecuencia y se pasa a

una escala logartmica. Posteriormente se analiza el comportamiento de esta magnitud para diferentes

dcadas de frecuencia y uniendo los puntos obtenidos de dicho anlisis se va obteniendo la grafica de

Bode en el dominio de la frecuencia.

Amplitud:

Donde G(jw) es funcin de transferencia del sistema, Se mide en

decibelios (dB)

Por ejemplo:

Cuando la magnitud equivale a

Cuando

Fase:

= ()

2. Qu tipos de configuraciones compuestas basadas en transistores se pueden definir?

Con respecto a la respuesta los integrantes del grupo coinciden con las configuraciones, a

continuacin se expone la mas resumida. Bsicamente se tienen cinco configuraciones compuestas en un

sentido general y a partir de estas configuraciones se desprenden algunas variaciones de los circuitos en

espera de una mejora de ciertas capacidades. Las configuraciones son, los amplificadores de continua, el

amplificador Darlington, el amplificador diferencial, las fuentes de corriente y el amplificador diferencial

con carga activa.

Los amplificadores de continua buscan mejorar el acoplamiento o la ganancia de acuerdo a su tipo

de conexin.

Los amplificadores Darlington utilizan dos transistores en los cuales se amplifica la corriente y se

obtiene alta impedancia de entrada y baja de salida.

El amplificador diferencial es un amplificador que tiene dos entradas y una salida y se pueden

realizar diferencias de voltaje entre las entradas, esto se logra con dos transistores dispuestos de forma

similar.

Las fuentes de corriente se utilizan en la polarizacin de los circuitos y lo que hacen es ofrecer una

corriente constante al circuito que se desea polarizar.

Por ltimo se tiene el amplificador diferencial con carga activa, el cual es un amplificador

diferencial ayudado de ms dispositivos transistorizados dispuesto de forma particular.

3. Cules son las configuraciones bsicas del amplificador operacional con sus respectivas

expresiones matemticas de salida.

Amplificador Inversor: en el amplificador inversor la entrada (+) esta a masa y la seal se aplica a la

entrada (-). A travs de R1, con realimentacin desde la salida a travs de R2. El nombre de inversor

viene dado por el signo negativo presente en la formula es decir el montaje invierte la fase de la seal.

= 21

Amplificador no Inversor: la configuracin del Amplificador no inversor la tensin de entrada, se aplica

al pin positivo, pero como sabemos que la ganancia de un AO es muy grande, el voltaje en el pin positivo

es igual al voltaje que en el pin negativo. Conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular la

relacin que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeo divisor

de tensin. Una de sus caractersticas ms importantes es su capacidad de mantener la fase de la seal.

Se puede apreciar como no existe signo negativo en la expresin (no se invierte la seal) siendo adems

la ganancia siempre superior a la unidad, por consiguiente no permite atenuar seales.

= (1 +21

)

4. Para el problema planteado, desarrolle el paso 1 (anlisis del escenario) del ABP.

De acuerdo al problema y a la necesidad planteada lo primero que debemos hacer es realizarnos la

siguiente pregunta Que elementos necesitamos para realizar dicho dispositivo?, posteriormente realizar

el proceso del costo acompaado de la capacidad para realizar el montaje verificando el comportamiento

de cada elemento, para esto debemos tener las siguientes variables las caractersticas del generador y su

uso dentro de la empresa, que el dispositivo diseado cumpla con las caractersticas de la necesidad y

que sus elementos de proteccin sean eficaces cuando se este operando el equipo diseado.

Se plantea un problema en el cual se trabaja con un generador de funciones pero al estar descompuesto

es necesario desarrollar otro dispositivo el cual debe generar una seal oscilatoria de forma indefinida,

es decir, diseada para trabajar en un tiempo infinito. Este oscilador debe ser autnomo y adicionalmente

debe permitrsele trabajar en condiciones de prueba para amplificadores, es por ello que se debe tener en

cuenta que si siempre va a estar en un estado de prueba, se pueden generar calentamientos del dispositivo

y se debe realizar un dimensionamiento mayor al diseado para que pueda trabajar en condiciones

extremas de trabajo, es decir, para mucho en estado de calentamiento sin llegar a saturarse o daarse de

cualquier otra forma. Como Se va a trabajar en una fbrica de amplificadores, por lo que se puede suponer

que se dispondr de los elementos suficientes o ser fcil adquirirlos, aunque hay que tener en cuenta

que el dispositivo debe ser de bajo costo y de buena calidad.

5. Para el problema planteado, desarrolle el paso 2 (lista de lo que se sabe) del ABP.

El dispositivo generador de seal debe producir una onda senoidal de muy buena calidad.

Debe contar con elementos de proteccin y otros que faciliten su manipulacin.

Un generador de seal es un dispositivo electrnico el cual genera patrones de seales peridicas o no

peridicas tanto analgicas como digitales. Tiene la capacidad de producir ondas sinusoidales,

cuadrticas y triangulares ptimos para la calibracin de sistemas de audio su rango de trabajo es

normalmente entre 0.2 Hz a 2 MHz.

La gama de frecuencias en las que funciona un amplificador de audio es la ms baja de la electrnica

de 20Hz a 20KHz) lo que permite manipular sin que se produzcan problemas con la inductancia y

capacidades parasitas. Permitiendo construir nuestros propios instrumentos de medicin sin realizar

grandes gastos de dinero.

Lo primero que se puede intuir es que se necesita un circuito oscilador, el cual se puede realizar con

dispositivos de almacenamiento como condensadores o bobinas, sin embargo la seal producida por

elementos pasivos resultar por deteriorarse y finalmente desaparecer, en su defecto, producir una

seal de frecuencia fija pero con amplitud muy pequea, lo cual no es suficiente para el estado de trabajo

anteriormente mencionado, es por ello que se hace necesario la implementacin de un amplificador de

forma tal que se pueda regular el voltaje de salida de la seal que est en oscilacin.

6. Para el problema planteado, desarrolle el paso 3 (descripcin del problema).

El problema est en desarrollar un generador de seales de amplitud variable ya que se debe utilizar

para probar dispositivos de amplificacin y esto va a requerir de un dispositivo de muy buena calidad.

Tambin se tiene que este generador debe disponer de una perilla botn de variacin de la frecuencia,

ya que la prueba de los amplificadores tiene una gran importancia en su comportamiento a lo largo de la

frecuencia, entonces dicho dispositivo diseado deber tener la posibilidad de variar la frecuencia con el

fin de observar el comportamiento de los amplificadores que son sometidos a dicha prueba.

El circuito llamado puente de Wien, produce ondas sinusoidales puras a una frecuencia fija, se genera

una seal de realimentacin controlada a travs del AO. Puede generar un amplio rango de frecuencias

de 5Hz a 5MHz y su frecuencia de oscilacin est dada por. El puente adems del AO lo integran cuatro

resistencias y dos condensadores, en el mercado se tienen como referencia el AO 741.

CONCLUSIONES

Se identifico en el diagrama de Bode la utilidad para caracterizar la respuesta en frecuencia de un

circuito o sistema, consta de dos graficas una de la magnitud y otra de su fase, ambos representados

en escala logartmica.

El amplificador operacional es un dispositivo que puede aumentar cualquier tipo de seal, sea de

voltaje o de corriente, de corriente alterna o de corriente directa.

Con las combinaciones posibles en configuraciones con transistores podemos ver la gran cantidad de

aplicaciones con las que cuenta este dispositivo electrnico dependiendo de la necesidad con la que

deben ser utilizados en los que esencialmente se utilizan para obtener una ganancia mayor.

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