Proyecto 3mplificador Lm358:

Utilizando los diseños de circuitos perfeccionados para Quad recientemente presentado Amplificadores operacionales, estos amplificadores operacionales duales cuentan con 1) baja drenaje de energía, 2) un rango de voltaje de entrada de modo común que se extiende hasta tierra/VEE, 3) operación de suministro único o suministro dividido y 4) distribución de pines compatible con el popular amplificador operacional dual MC1558. El LM158. La serie equivale a la mitad de un LM124. Estos amplificadores tienen varias ventajas distintivas sobre los estándar.

Tipos de amplificadores operacionales en aplicaciones de suministro único. Pueden operar en voltajes de suministro tan bajos como 3,0 V o tan altos como 32 V, con corrientes de reposo aproximadamente una quinta parte de los asociados con el MC1741 (por amplificador). base. El rango de entrada del modo común incluye el suministro negativo, por lo que eliminando la necesidad de componentes de polarización externos en muchos aplicaciones. El rango de voltaje de salida también incluye la potencia negativa. tensión de alimentación.

• Salidas protegidas contra cortocircuitos

• Etapa de entrada diferencial verdadera

• Operación de suministro único: 3,0 V a 32 V

• Corrientes de polarización de entrada bajas

• Compensación interna

• El rango de modo común se extiende al suministro negativo

• Operación de suministro único y dividido

• Rendimiento similar al popular MC1558

• Las abrazaderas ESD en las entradas aumentan la robustez del dispositivo sin

Afectando la operación.

Se requiere la creación e implementación de filtros activos y osciladores utilizando el amplificador operacional LM358. Para ello, es necesario cumplir con las siguientes etapas:

1. DISEÑO DEL CIRCUITO:

• Definir el tipo de filtro (pasa bajas, pasa altas, pasa banda, etc.) u oscilador a implementar.

• Calcular los valores de los componentes (resistencias, capacitores) según las especificaciones requeridas.

• Elaborar el esquema del circuito utilizando el amplificador operacional LM358.

2. SIMULACIONES Y PRUEBAS TEÓRICAS:

• Simular el circuito en un software de simulación (por ejemplo, MULTISIM) para verificar su funcionamiento teórico.

3. MONTAJE DEL CIRCUITO:

• Seleccionar y adquirir los componentes necesarios.

• Montar el circuito en una placa de pruebas o PCB, asegurando las conexiones correctas y siguiendo el esquema diseñado.

4. AJUSTES Y MEJORAS:

• Comparar los resultados obtenidos con los esperados y ajustar los valores de los componentes si es necesario.

• Optimizar el diseño para mejorar la estabilidad y el rendimiento del filtro u oscilador.

5. DOCUMENTACIÓN Y PRESENTACIÓN:

• Elaborar un informe detallado del proceso de diseño, montaje, pruebas y ajustes realizados.
• Incluir esquemas, diagramas, tablas de valores y resultados de las pruebas.

Para realizar el tutorial de filtros, se documento y se realizaron pruebas para tener un soporte practico y teórico para el material del video.

• PRUEBA 1:

• Se realizo el circuito con 1 solo etapa donde se calculó la ganancia a partir de la siguiente formula:

  Av = (Rf/Ri)

  Para encontrar los valores de las resistencias Rf y Ri se asumió un valor de resistencia de2.2KΩ para Rf, por lo tanto, al despejar Ri en la formula se obtiene:

  Ri= Rf/ Av

  Donde se escogió un valor de Ri de 100Ω, por el valor comercial. Posteriormente se realizó la simulación para verificar que la ganancia fuera de 20, donde se implementó el siguiente circuito:

Como se observó en simulación la ganancia obtenida fue de 20, sin embargo, no se tuvo en cuenta que el ancho de banda era de 11KHz. Es decir que era mucho menor al requerido en la práctica.

Después se pasó al montaje de este teniendo en cuenta a que el ancho de banda iba a estar cercano a los 11KHz, para ello se revisó el datasheet, con el fin de conocer la alimentación del amplificador a trabajar, en donde se decidió alimentarlo con +12v y -12v, a continuación, se presenta el montaje realizado junto con la medición:

Como se había mencionado anteriormente en el análisis de la simulación, se estaba teniendo en cuenta la ganancia, pero no el ancho de banda, a partir de la experimentación se concluyó que para alcanzar un ancho de banda mayor se debía agregar etapas al circuito.

PRUEBA 2:

Se realizo el diseño con otras etapas adicionales donde se observó que al bajar el valor de la ganancia el ancho de banda aumentaba, para ello era necesario implementar un circuito el cual tuviera etapas donde la ganancia fuese muy pequeña y otra donde la ganancia tuviera el valor requerido, es decir 20, para ello se planteó el siguiente diseño:

Durante las mediciones pertinentes del amplificador, se notó que el voltaje de salida era similar al de entrada, lo que indicaba una falta de amplificación de la señal de salida. Además, al repetir la medición, se observó una atenuación de la señal de salida en cierto punto. Al tomar de en cuenta estos resultados, se determinó la necesidad de realizar modificaciones en el circuito.

PRUEBA 3:

Se modificó el circuito para trabajar como un amplificador inversor, donde el pin positivo (no inversor) del amplificador se conectaba a tierra y el pin negativo (inversor) se conectaba al voltaje de entrada junto con las resistencias Rf y Ri. Además, se añadió una nueva etapa al diseño. 

Al realizar las mediciones se obtuvo una onda de salida de 100mv con una onda de entrada de 6.30 mv, es decir que se obtuvo una ganancia de 15.873, con un ancho de banda de 71KHz, a partir de los resultados anteriores se observa que la ganancia es cercana a la deseada, sin embargo, en cuanto al ancho de banda lo máximo que se logro obtener fue de una frecuencia de 71KHz. 

IMPLEMENTACIÓN DEL OSCILADOR:

Al momento de revisar la imagen del oscilador dada por el datasheet se notó una variable en la fórmula de la frecuencia no especificada, así que se procedió a simular el circuito en multisim y variar Rf y C hasta que se observara que las salidas eran la onda triangular y cuadrada:

Para saber más sobre el funcionamiento del oscilador se tomaron medidas de varias maneras y se registraron en excel para observar los cambios en Rc:

• Se notó una variación de entre 160k y 300k aproximadamente, con una variación de Rf entre 20 y 160 Ohm. Para otros valores de Rf, en el simulador no se observa oscilación. A partir de estos valores tomados no se obtienen conclusiones contundentes, más que Rc depende de Rf. Así que se decidió tomar más datos.

• Se puede observar que, a menores valores de capacitancia, Rc significativamente con la variación de C varía más que a mayores valores donde parece estabilizarse, pero en general Rc no varía.

• Se puede observar que Rc también varía como si se dividiera entre 10, 100 y 1000 aproximadamente, y se mantiene un cociente entre Rc y R1 aproximadamente igual, pero la frecuencia no varía.

• Entonces, Rc es un valor que depende de las resistencias del circuito, cuando R1, R2 y R3 son mucho mayores que Rf, este es despreciable, pero si son del orden de este, tiene más influencia. Así que a partir de esto, se pueden establecer unas resistencias R1, R2 y R3 fijas y del orden de 100kOhm como las de la figura y con un capacitor de valor fijo, luego en la simulación encontrar un Rf donde oscile y calcular Rc, luego dividirla entre R1, ese factor resultante multiplicado por R1 sería Rc. Luego, se podría calcular un Rf para una frecuencia requerida.

Rf debe ser al menos 10 veces menor que R1 para obtener cálculos más precisos. Por otro lado, en la simulación hay un rango para Rf donde se muestra oscilación, por ejemplo, para el primer caso solo oscila en un rango de 160 Ohm, así que en ese caso es necesario cambiar el capacitor. Se tiene que la relación es que a menor valor de capacitancia mayor será la frecuencia.

Finalmente se realizo un video, detallando cada uno de los procesos a seguir para implementar con exito un oscilador y un filtro con una ganancia constante.