T P N° 3

Ejercicio 1

a) Dibujar el circuito de la figura 1 utilizando software aplicado

b) Aplicar a la entrada una señal senoidal de 10 Hz 25 mVp

c) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema, y calcular el valor de la ganancia de tensión y expresarla en dB.

d) Repetir el punto anterior para otros valores de frecuencia hasta los 200 KHz completando la siguiente tabla:

Frecuencia [Hz]	Vi [Vp]	Vo [V]	Av [veces]	Av [dB]
10	0,025	2,5	100	40,00
30	0,025	2,5	100	40,00
50	0,025	2,5	100	40,00
100	0,025	2,5	100	40,00
300	0,025	2,5	100	40,00
500	0,025	2,5	100	40,00
1000	0,025	2,5	100	40,00
5000	0,025	2,47	98,8	39,90
10000	0,025	2,35	94	39,46
30000	0,025	1,73	69,2	36,80
50000	0,025	1,27	50,8	34,12
70000	0,025	0,974	38,96	31,81
100000	0,025	0,716	28,64	29,14
150000	0,025	0,479	19,16	25,65
200000	0,025	0,367	14,68	23,33

e) Con los valores obtenidos de frecuencia en la tabla determinar la curva de la respuesta en frecuencia, graficando la variación de la ganancia de tensión en dB, en función de la frecuencia en escala logarítmica.

f) Determinar las frecuencias de corte, es decir aquellos valores en la que la ganancia de tensión haya disminuido - 3 dB de su máximo, marcar dichos valores en la curva y determinar el ancho de banda de la respuesta en frecuencia

BW = Fcs - Fci = 30KHz - 0 = 30 KHz  

 g) Modificar el circuito anterior tal como muestra la figura 2.

h) Repetir para esta nueva configuración circuital los puntos b), c), d) y e).

Frecuencia	Vi [mVp]	Vo [V]	Av [Veces]	Av [dB]
10	0,025	1,18	47,2	33,48
30	0,025	2,12	84,8	38,57
50	0,025	2,3	92	39,28
100	0,025	2,44	97,6	39,79
300	0,025	2,44	97,6	39,79
500	0,025	2,46	98,4	39,86
1000	0,025	2,47	98,8	39,90
5000	0,025	2,49	99,6	39,97
10000	0,025	2,25	90	39,08
20000	0,025	1,71	68,4	36,70
30000	0,025	1,35	54	34,65
50000	0,025	0,909	36,36	31,21
70000	0,025	0,672	26,88	28,59
100000	0,025	0,486	19,44	25,77
150000	0,025	0,324	12,96	22,25
200000	0,025	0,241	9,64	19,68

i) Graficar la respuesta en frecuencia, y determinar nuevamente las frecuencias de corte y el BW, hacer comentarios.

El ancho de banda de este circuito es de 19 KHz.

 

Pudimos deducir que esta experiencia fuciona como un circuito pasa banda, esto es gracias a la configuracion de sus capacitores (C1 y C2). Un circuito pasa banda es aquel que filtra las frecuencias menores de un cierto valor, como tambien puede ser utilizado para frecuencias mayores a otro cierto valor. Como pudimos observar en la grafico anterior las frecuencias de corte fueron de 50 Hz y de 20 KHz. Estas son las que marcan la caída de 3 dB de ganancia.

j) A continuación determinaremos la frecuencia de corte superior del circuito de la figura 2 mediante mediciones en régimen transitorio. Para ello reemplazaremos el generador de señal senoidal por uno de onda cuadrada de 25 mVpp, 1 kHz.

k)Verificar prácticamente  realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema midiendo el tiempo de crecimiento (rise time) y graficar la señal de entrada y salida.

Esta medición fue realizada con una herramienta que contiene el multisim 11 llamada "GRAPHER", lo que se puede apreciar es que poniendo los cursores en los lugares correspondientes 10% y 90% pudimos observar que el rise time de este circuito era de 17.4405 us.

En esta imagen se puede observar que a la salida del circuito obtuvimos una tensión de  2.58 Vpp. Otra medición que también se puede observar es la tensión de entrada por 25 mVpp. Por conclusión podemos decir que con esta configuración se puede obtener una ganancia de 103.2 osea alrededor de 40.27 dB.

L) Calcular el valor de la frecuencia de corte superior, mediante la siguiente fórmula:

fcs = 0,35/Tr


fcs = 20068.8 Hz

m) A continuación determinaremos la frecuencia de corte inferior del circuito de la figura 2 mediante mediante mediciones en régimen transitorio. En este caso excitaremos el circuito con una onda cuadrada de 25 mVpp, 50 Hz.

n) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema midiendo la inclinación (tilt) y graficar la señal de entrada y salida.

 Sabiendo que P = V - V´ / V = t1 / tau , pudimos calcular que P = 0,7 aprox.

O) Calcular el valor de la frecuencia de corte inferior, mediante la siguiente fórmula:

fci = P.F/π

fci = 11.14 Hz

P)  Con los valores obtenidos i) y o), determinar el BW, y comparar con los valores determinados en el punto i). Hacer comentarios.


BW = 20049.66


Una vez hecho el calculo lo comparamos con el hecho en el punto i), y pudimos observar un error  de apreciación, debido a que ambos se realizaron utilizando diferentes métodos. La conclusión a la que llegamos fue que este circuito pasa banda tiene un ancho de banda aproximado a los 20 KHz.

Ejercicio 2



En esta segunda etapa determinaremos la respuesta en frecuencia para un amplificador operacional no inversor:

a) Dibujar el circuito de la figura 3 utilizando software aplicado.
b) Aplicar a la entrada una señal senoidal de 10 Hz 25 mVp.

c) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema, y calcular el valor de la ganancia de tensión y expresarla en dB.

Vo = 250mV
G [veces] = 10
G [dB] = 20

d) Repetir el punto anterior para otros valores de frecuencia hasta los 500 KHz completando la siguiente tabla:

Frecuencia	Vi [mV]	Vo [mV]	Av [Veces]	Av [dB]
10	25	250	10	20,00
30	25	250	10	20,00
50	25	250	10	20,00
100	25	250	10	20,00
300	25	250	10	20,00
500	25	250	10	20,00
1000	25	250	10	20,00
3000	25	249	9,96	19,97
5000	25	248	9,92	19,93
10000	25	245,4	9,816	19,84
50000	25	245	9,8	19,82
100000	25	234	9,36	19,43
150000	25	215,4	8,616	18,71
200000	25	200	8	18,06
250000	25	182	7,28	17,24
275000	25	176,6	7,064	16,98
300000	25	168,3	6,732	16,56
350000	25	155	6,2	15,85
400000	25	139	5,56	14,90
500000	25	119	4,76	13,55

e) Con los valores obtenidos de frecuencia en la tabla determinar la curva de la respuesta en frecuencia, graficando la variación de la ganancia de tensión en dB, en función de la frecuencia en escala logarítmica.

Este punto fue realizando en conjunto con el siguiente.

f) Determinar las frecuencias de corte, es decir aquellos valores en la que la ganancia de tensión haya disminuido - 3 dB de su máximo, marcar dichos valores en la curva y determinar el ancho de banda de la respuesta en frecuencia

BW = Fcs - Fci = 275KHz - 0 = 275KHz

g) Modificar el circuito anterior tal como muestra la figura 4

h) Repetir para esta nueva configuración circuital los puntos b), c), d) y e).

Frecuencia	Vi [mV]	Vo [mV]	Av [Veces]	Av [dB]
10	25	151,2	6,048	15,63
30	25	222	8,88	18,97
50	25	233,7	9,348	19,41
100	25	240,5	9,62	19,66
300	25	246	9,84	19,86
500	25	248	9,92	19,93
1000	25	248,8	9,952	19,96
3000	25	247	9,88	19,90
5000	25	242	9,68	19,72
10000	25	225	9	19,08
20000	25	183	7,32	17,29
30000	25	145	5,8	15,27
50000	25	98	3,92	11,87
100000	25	52	2,08	6,36
200000	25	26,5	1,06	0,51
250000	25	21,4	0,856	-1,35
300000	25	18	0,72	-2,85
400000	25	13,6	0,544	-5,29
500000	25	11	0,44	-7,13

i) Graficar la respuesta en frecuencia, y determinar nuevamente las frecuencias de corte y el BW, hacer comentarios

BW = Fcs - Fci = 20KHz - 17Hz = 19,98 KHz

Este circuito posee, a diferencia del anterior una frecuencia apreciable tanto de corte inferior como superior. Además, se muestra claramente la etapa en que la ganancia en dB del circuito desciende por debajo de 0, transformándose en atenuador.

j) A continuación determinaremos la frecuencia de cortesuperior del circuito de la figura 2 mediante medicione en régimen transitorio. Para ellos reemplazaremos el generador de señal senoidal por uno de onda cuadrada de 25 m Vpp, 1 KHz.


k)Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema midiendo el tiempo de crecimiento (rise time) y graficar la señal de entrada y salida.

El Time Rise es de 15.677us.

 

Vo = 25mV
Vi = -253,37mV

L) Calcular el valor de la frecuencia de corte superior, mediante la siguiente fórmula: 

dFo = 0,35/Tr = 22,32KHz

m) A continuación determinaremos la frecuencia de corte inferior del circuito de la figura 2 mediante mediante mediciones en régimen transitorio. En este caso excitaremos el circuito con una onda cuadrada de 25 mVpp, 100 Hz.

n) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema midiendo la inclinación (tilt) y graficar la señal de entrada y salida.

P = V - V' / V = 0,562

O) Calcular el valor de la frecuencia de corte inferior, mediante la siguiente fórmula:

fci = P . F / π

fci = 10.5

P)  Con los valores obtenidos i) y o), determinar el BW, y comparar con los valores determinados en el punto i). Hacer comentarios.

BW = Fcs - Fci = 22,32KHz - 8,95Hz = 22,31KHz 

Después de terminar esta medición la comparamos con las del punto i), y lo que deducimos es que el error es de medición.

Ejercicio 3

a) Dibujar el siguiente circuito:
b) Aplicar a la entrada del circuito con el amplificador operacional LM 741, una señal cuadrada con un generador de reloj de 1 Vp frecuencia de 10 Khz y un ciclo de trabajo de 50%.

c) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema, y calcular el valor de la velocidad máxima de cambio, llamada "Slew Rate".





d) Repetir el punto anterior para los siguientes amplificadores operacionales, AD8551, MC1458 y TL081.


AD8551

SW = 0.18 V/uS


MC1458

SW = 1.6 V/uS


TL081

SW = 8.41V/uS

e) Con los valores medidos, complete la siguiente tabla, y compare con los valores dados por los fabricantes. 

ICs	Valor medido	Valor especificado
LM341	0.16 V/µS	0.5 V/µS
AD8551	0.18 V/µS	0.4 V/µS
MC1458	1.6 V/µS	0.8 V/µS
TL081	8.41 V/µS	16 V/µS

f) Redacte las conclusiones finales del trabajo práctico.

En anteriores trabajos prácticos analizamos el funcionamiento de un amplificador operacional, pero a diferencia de este, lo hicimos para casos ideales, donde por ejemplo el AO se comportaba de igual manera en cualquier frecuencia. En este trabajo práctico observamos que la ganancia de un amplificador operacional tiene un ancho de banda, en donde la ganancia de tensión se mantiene estable para un rango de valores de frecuencia, pero cuando se supera este rango, su ganancia disminuye inversamente proporcional al aumento de la frecuencia. A raíz de esto, pudimos determinar la frecuencia de corte inferior y superior. También pudimos determinar algunas carácterísticas, como son el rise time, el tilt, y el slew rate.