UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELECTRÓNICA REPORTE N°1 SIMULACION DE AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL ELECTRÓNICA II CICLO II – 2019 DOCENTE: ING. MIGUEL FLORES AUTORES FLORES ALVARADO, RONMEL JOSÉ FA160118 HERNÁNDEZ RIVAS MARIO ERNESTO HR 162152 CIUDADELA DON BOSCO, 07 DE AGOSTO DE 2019 Procedimiento PARTE I. REALIZACIÓN DE DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL CIRCUITO CON GALAXY CUSTOM DESIGNER. Una vez cargada la maquina virtual Fedora y el programa Custom Compiler de Synopsys se creó una librería nueva para poder realizar el esquemático del circuito solicitado, el cual se muestra en la Fig. 1. Fig. 1 Circuito seguidor de voltaje con modelo de op-amp ideal Una vez agregado todos los componentes del circuito anterior, el esquemático resulta de la siguiente manera (Fig. 2). Fig. 2 Esquemático del seguidor de voltaje con modelo de op-amp ideal. PARTE II. SIMULACIÓN DEL CIRCUITO CON HSPICE Una vez guardado y verificado que el esquemático realizado anteriormente no posea errores, se configuro el análisis de la simulación del circuito, con los valores de pasos de tiempo de 0.01m y el tiempo de parada de 10m segundos, además de modificar la ganancia de la fuente dependiente a 1000, se graficó en modo transiente los valores de voltaje de Vp y Vo, de lo cual se obtuvo el gráfico de la Fig.3 . Fig. 3 Grafica de Vp y Vo con ganancia de la fuente controlada de 1000 y RL= 100 Kohm Los valores de Vp y Vo de la gráfica anterior son los siguientes. Vp: 992 mV Vo: 991 mV Como puede observar la salida y la entrada son prácticamente idénticas, pero existen pequeñas diferencias. Esto debido a que la ganancia del op-amp simulado no posee ganancia de lazo abierto infinita. Cambiando el valor de ganancia de la fuente dependiente a 10 pero manteniendo los mismos parámetros de simulación, se obtuvo la siguiente grafica (Fig. 4). Fig. 4 Grafica de Vp y Vo con ganancia de la fuente controlada de 10 y RL= 100 Kohm Los valores de Vp y Vo de la gráfica anterior son los siguientes. Vp: 988 mV Vo: 899 mV ¿Por qué razón las salidas se han alejado del valor esperado? R/ Esto se debe a que el valor de ganancia de la fuente controlada se disminuyo a un valor bajo y entre más bajo sea el valor, menos se acercara al valor de entrada. Además, se debe a que la ganancia de este amplificador operacional simulado no posee ganancia de lazo abierto infinita. PARTE III. ELABORACIÓN DE SIMBOLO DEL CIRCUITO En esta parte se procedió a crear un símbolo para el amplificador operacional, para esto se guardó el diseño que se tenía anteriormente, pero con otro nombre de celda para no afectar el circuito original. Para el símbolo de este amplificador operacional se modificó la ganancia de la fuente controlada a 1000, se retiró la resistencia de cargar, la fuente senoidal y las terminales gnd conectadas a estas. Agregando un pin de salida al terminal Vo y pines de entrada a los terminales Vp y Vn, el esquemático queda de la siguiente manera (Fig. 5). Fig. 5 Esquemático utilizado para la creación del símbolo del op-amp ideal Guardando el circuito anterior y seleccionando una nueva vista de celda de las cuales la de origen debe de ser del esquemático anterior y la de destino debe tener una vista de símbolo con editor de símbolo. Borrando las etiquetas y marcos que no son de interés y colocando las marcas correspondientes a un símbolo de un op-amp ideal se obtuvo lo siguiente (Fig. 6). Fig. 6 Símbolo de un op-amp ideal Una vez guardado el símbolo anterior, se procedió a armar el circuito de la Fig. 7. Fig. 7 Circuito utilizando el símbolo creado Implementado en el esquemático con el símbolo que creamos, el circuito queda de la siguiente manera (Fig. 8). Fig. 8 Esquemático utilizando el símbolo creado Después de configurar el análisis de la simulación del circuito en el esquemático, con los valores de pasos de tiempo de 0.01m y el tiempo de parada de 10m segundos, se graficó en modo transiente los valores de voltaje de Vin y Vout, de lo cual se obtuvo el gráfico de la Fig. 9. Fig. 9 Grafica de Vin y Vout con ganancia de la fuente controlada de 1000, R1= 1 Kohm y R1= 10 Kohm Los valores de Vin y Vout de la gráfica anterior son los siguientes. Vin: 993 mV Vout: -9.82 V Por lo tanto, la ganancia para este circuito será: 𝐴= 𝑉𝑜𝑢𝑡 −9.82 = = −9.89 𝑉𝑖𝑛 993 × 10−3 Mientras que la ganancia esperada es: 𝐴=− 𝑅𝑓 10000 =− = −10 𝑅1 1000 ¿Se obtiene exactamente el valor de ganancia esperado al realizar la simulación? R/ No, pero aproximadamente si es el mismo valor Esto pudo deberse a que los valores de Vout y Vin se tomaron de una gráfica senoide, por lo cual estos debían ser los valores picos de dichas gráficas, puede deberse a que el puntero no se ubico exactamente en el valor pico (máximo) y por eso nos den esas milésimas de diferencia Cambiando el valor de R1 a 2K ohm y manteniendo los mismos parámetros de simulación, se obtiene la siguiente grafica (Fig. 10). Fig. 10 Grafica de Vin y Vout con ganancia de la fuente controlada de 1000, R1= 2 Kohm y R1= 10 Kohm Los valores de Vin y Vout de la gráfica anterior son los siguientes. Vin: 985 mV Vout: -4.9 V Por lo tanto, la ganancia para este circuito será: 𝐴= 𝑉𝑜𝑢𝑡 −4.9 = = −4.97 𝑉𝑖𝑛 985 × 10−3 Mientras que la ganancia esperada es: 𝐴=− 𝑅𝑓 10000 =− = −5 𝑅1 2000 ¿Coincide exactamente con el valor de ganancia esperado para este circuito? R/ No, pero aproximadamente si es el mismo. Esto pudo deberse a que los valores de Vout y Vin los tomamos de una gráfica senoide, por lo cual estos debían ser los valores picos de dichas gráficas, puede deberse a que el puntero no se ubicó exactamente en el valor pico (máximo) y por eso nos den esas milésimas de diferencia ANÁLISIS DE RESULTADOS • Realice otro símbolo para el Amplificador Operacional que tenga la entrada no inversora arriba y la inversora abajo. El nuevo símbolo para el amplificador operacional con las entradas invertidas se muestra en la Fig. 11. Fig. 11 Símbolo del Amplificador Operacional con las entradas invertidas INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA • Investigue al menos 2 empresas fabricantes de componentes electrónicos que permiten descargar modelos en Spice de sus elementos indicando su dirección web y los componentes que fabrican. 1. Texas Instruments Texas Instruments, más conocida en la industria electrónica como TI, es una empresa norteamericana con sede en Dallas (Texas, EE. UU.) que desarrolla y comercializa semiconductores y tecnología para ordenadores. TI es el tercer mayor fabricante de semiconductores del mundo tras Intel y Samsung y es el mayor suministrador de circuitos integrados para teléfonos móviles. Igualmente, es el mayor productor de procesadores digitales de señal y semiconductores analógicos. Otras áreas de actividad incluyen circuitos integrados para módem de banda ancha, periféricos para ordenadores, dispositivos digitales de consumo y RFID. Algunos de sus productos de fabricación son: − Amplificadores o Amplificadores Operacionales o Comparadores o Amplificadores de instrumentación o Amplificadores de función especial − Microcontroladores − Procesadores Fig. 12 Logo de Texas Instruments La colección completa de modelos de piezas TI se puede obtener aquí. Se dividen por simulador: − − − − Los modelos HSpice y los diseños de referencia están en ti_hspice.zip Los modelos de PSpice y los diseños de referencia están en ti_pspice_models.zip Los modelos TINA-TI Spice están en ti_tina_ti_spice_models.zip Los diseños de referencia de TINA-TI están en ti_tina_ref_designs. La dirección de la pagina web principal de esta empresa es: http://www.ti.com/ Mientras que la dirección para descarga de modelos TI en Spice es: http://www.ti.com/adc/docs/midlevel.tsp?contentId=31690&DCMP=hpa_tools&HQS=spic e 2. National Semiconductor National Semiconductor (más conocida como "National") fue un fabricante de semiconductores estadounidense, que se especializó en dispositivos y subsistemas analógicos, anteriormente Fig. 13 Logo de National Semiconductor con sede en Santa Clara, California, EE.UU. Los productos de National Semiconductor incluyeron circuitos de administración de energía, controladores de pantalla, amplificadores de audio y operacionales, productos de comunicación y soluciones de conversión de datos. La gama de productos de National incluían reguladores y controladores de alimentación, interfaces Power-over-Ethernet, circuitos integrados para la carga de baterías, soluciones para la integración de subsistemas y control de iluminación con diferentes usos, desde teléfonos móviles hasta automóviles. La dirección de la pagina web principal de esta empresa es: http://www.national.com/ La dirección electrónica de descarga de modelos de NS en Spice es: https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact= 8&ved=2ahUKEwi5poLyODjAhWizlkKHfuHC2AQFjAAegQIABAB&url=https%3A%2F%2Fwww.ni.com%2Fentr%2Finnovations%2Fwhite-papers%2F06%2Fspice-simulationmodels.html&usg=AOvVaw1unwQq_nrtP_QPuEpeF9M5 • Realizar la simulación de dos circuitos que ocupen al menos un modelo de componente descargado de las compañías listadas en el punto anterior. Simulación de un amplificador operacional dual TLC277 de Texas Instruments, el cual se descargo su modelo para Spice. Fig. 14 Circuito con el amplificador operacional TLC277 de TI hecho en PSpice Fig. 15 Señal de salida del amplificador operacional TLC277 de TI Simulación de un Amplificador de ancho de banda de doble entrada JFET Amplificador operacional (LF353) de National Semiconductor, cuyo modelo se descargo de internet para simularlo en Spice. Fig. 16 Circuito con el amplificador operacional LF353de NS hecho en PSpice Fig. 17 Señal de salida del amplificador operacional LF353de NS CONCLUSIONES • Es importante tener en cuenta la ganancia de lazo abierto que se le pondrá al amplificador operacional ya que se puede presentar una diferencia notable en los valores de entra y salida del circuito. • La ganancia de un amplificador operacional ideal es infinita por lo que debemos de acercarnos a ese valor al momento de simular para la obtención de valores más precisos. • Las impedancias de entrada y salida en un amplificador operacional desempeñan un rol fundamental al momento de identificarlo como ideal o no y obtener su valor de salida. • El uso de un simulador (Sypnosys en el caso de la práctica) para comprobar el funcionamiento de un circuito debe de ser una herramienta esencial en nuestra área para poder evitar problemas posteriores. • La señal de salida de un amplificador operacional inversor esta invertida con respecto a la señal de entrada y su ganancia se obtiene por medio de la simplificación entre las resistencias de la retroalimentación con la de entrada. • Si el valor de la resistencia en el lazo de retroalimentación en un amplificador inversor es mucho mayor que la resistencia en la entrada inversora el voltaje obtenido a la salida del circuito (Vout) será mucho mayor que el voltaje de entrada (Vin). BIBLIOGRAFIA • • • • • Guía 1, “Simulación de un amplificador operacional ideal” Electrónica II, Universidad Don Bosco http://www.ti.com/ http://www.ti.com/adc/docs/midlevel.tsp?contentId=31690&DCMP=hpa_tools&H QS=spice http://www.national.com/ https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja &uact=8&ved=2ahUKEwi5poLyODjAhWizlkKHfuHC2AQFjAAegQIABAB&url=https%3A%2F%2Fwww.ni.com %2Fen-tr%2Finnovations%2Fwhite-papers%2F06%2Fspice-simulationmodels.html&usg=AOvVaw1unwQq_nrtP_QPuEpeF9M5
