Capitulo4 electronica

UNIDAD 4

TEMA: AMPLIFICADORES OPERACIONALES

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ELECTRONICA BASICA

ÍNDICE Amplificador Operacional Básico Símbolo esquemático Amplificador operacional Básico Circuitos Básicos con amplificadores operacionales Bibliografía

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Amplificador operacional básico• El nombre de El nombre de amplificador operacionalamplificador operacional deriva del deriva del

concepto de un amplificador dconcepto de un amplificador de Voltaje,e Voltaje, con una entrada con una entrada diferencial y ganancia extremadamente altadiferencial y ganancia extremadamente alta..

• SusSus características de operación características de operación sese determina determinann por los por los elementos elementos de de realimentaciónrealimentación ((conexión directa entre la conexión directa entre la salida y la entradasalida y la entrada) ) que se que se utilizautilizann. Cambiando . Cambiando la formala forma y disposición de y disposición de dichosdichos elementos, elementos, se se ppuedenueden implementar diferentes operaciones analógicasimplementar diferentes operaciones analógicas, y, y las las características globales del circuito características globales del circuito sese determina determinann sólo sólo por estos elementos de realimentación. por estos elementos de realimentación.

• PermitePermite realizar operaciones realizar operaciones, que , que antiguamente antiguamente se se realizaban conrealizaban con muchos componentes discretos, muchos componentes discretos, ahora ahora con uno sólocon uno sólo: : EL AMPLIFICADOR OPERACIONALEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL..

Símbolo esquemáticoSímbolo esquemático

Una herramienta adicional básica del AO es su símbolo característico:

El amplificador operacional se puede pensar como El amplificador operacional se puede pensar como una caja, con sus terminales de entrada y salida, una caja, con sus terminales de entrada y salida, ignorando qué hay dentro de dicha caja.ignorando qué hay dentro de dicha caja.

El amplificador operacional idealEl amplificador operacional ideal

Se muestra un amplificador idealizado como un dispositivo de acoplo directo con entrada diferencial, y un único Terminal de salida.

El amplificador sólo responde a la diferencia de tensión entre los dos terminales de entrada, y no a su potencial común.

Las propiedades del amplificador idealpropiedades del amplificador ideal son:

Un amplificador operacional real ; es decir, no ideal, tiende a adquirir las características descritas para el ideal

1. La ganancia de tensión es infinitaes infinita:

2. La resistencia de entrada es infinitaes infinita:

3. La resistencia de salida es ceroes cero:

4. El ancho de banda es infinitoes infinito:

a

iR

0oR

BW


A partir de estas características del AO ideal, se pueden deducir dos propiedades adicionales:

• Como la ganancia en tensión es infinita, cualquier señal de salida que se desarrolle será el resultado de una señal de entrada infinitesimalmente pequeña, y la tensión de tensión de entrada diferencial es nulaentrada diferencial es nula.

• Si la resistencia de entrada es infinita, nno existe flujo de o existe flujo de corriente en ninguno de los terminales de entradacorriente en ninguno de los terminales de entrada.

Estas dos propiedades pueden considerarse como axiomas axiomas del AOdel AO. Con ellas se puede deducir el funcionamiento de casi todos los circuitos con amplificadores operacionales.


Señales de entrada en un OpAmpCuando se aplican señales de entrada (Vi) al OpAmp tendremos las siguientes

posibilidades:1).- Aplicar señal solo a la terminal inversora y conectar la terminal no inversora a tierra.2).- Aplicar señal solo a la terminal no inversora y conectar la terminal inversora a

tierra.3).- Aplicar señal de entrada a las dos terminales al mismo tiempo; que a su vez

presenta dos posibilidades: aplicar señales diferentes a cada terminal de entrada o aplicar la misma señal a ambas entradas.

Una señal positiva en la entrada inversora produce una señal negativa a la salida lo que quiere decir que a la salida se tiene una señal invertida en fase respecto a la señal de entrada o lo que se llama desfasada.

Mientras que la misma señal de entrada aplicada en la terminal no inversora produce una señal positiva en la salida; es decir la salida esta en fase respecto a la señal de entrada.

En este tipo de amplificadores se utilizan voltajes de alimentación bipolares de +/- 5V a +/- 15V.

Un amplificador operacional puede realizar sus funciones de diferentes maneras, es lo que se llama modos de operación.

Circuitos con AO’s Configuraciones Básicas del OpAmpConfiguraciones Básicas del OpAmpLos amplificadores operacionales se pueden conectar según dos circuitos amplificadores básicos:

• InversoraInversora y • No-inversoraNo-inversora.

En general, todos los circuitos con AO son variaciones estrechamente relacionadas de estas dos configuraciones, más otro circuito básico que resulta de una combinación de los dos primeros ejemplo: el amplificador diferencial amplificador diferencial con AO.

En este circuito, la entrada (+) está conectada a masala entrada (+) está conectada a masa, yla señal se aplica a la entrada (-)la señal se aplica a la entrada (-) a través de RR11, con

realimentación desde la salida a través de RR22.

El amplificador inversorEl amplificador inversor

La primera configuración básica del AO es el amplificador amplificador inversorinversor:

• Como el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollará su tensión de salida, VV00 , con tensión de entrada “nula”con tensión de entrada “nula”.

1RVI i


Aplicando las propiedades del AO ideal, las características más distintivas de este circuito se pueden destacar como sigue:

• Ya que la entrada diferencial del AO es:

• Si VVdd = 0 = 0, toda la tensión de entrada VVii deberá aparecer en

RR11, obteniendo una corriente en RR11:

0 dnpd VVVV

• Como VVnn está a un potencial cero, se dice que es un punto de tierra virtualtierra virtual.

Toda la corriente II que circula por RR11 pasará por RR22, puesto que no se derivará ninguna corriente hacia la entrada del operacional (impedancia infinitaimpedancia infinita). Por lo tanto:

20 RIV


Teniendo en cuenta que la corriente por el circuito es la misma, resulta entonces:

12

0

R

VI

R

V i

La ganancia del amplificador inversor será:

1

20

R

R

V

VV

i

EJEMPLOCalcular el voltaje de salida del circuito amplificador operacional inversor

mostrado en la figura, si el voltaje de entrada es de 1.5V, R1=100 ohmios y R2=400 ohmios

Puesto que no fluye corriente de entrada en ningún terminal de entrada, y ya que VVdd = 0 = 0, la tensión en RR11 será igual a VVii:

En este circuito, la tensión VVii se aplica a la entrada (+), y una fracción de la señal de salida VoVo, se aplica a la entrada (-) a través del divisor de tensión RR11 - R - R22.

1RIVi

El amplificador El amplificador no-no-inversorinversor

Por lo tanto, en términos de ganancia, la ecuación caracterís-tica para el AO no inversor ideal vendrá dada por:

Como :)( 21 RRIVo

se tiene que:

)( 211

1 RRR

VVo

1

2

1

21

1

1R

R

R

RR

V

Vo

El amplificador El amplificador no-no-inversorinversorCircuitos con AO’s

EJEMPLOCalcular el voltaje de salida del circuito amplificador operacional no inversor

mostrado en la figura, si el voltaje de entrada es de 1.5V, R1=100 ohmios y R2=400 ohmios

CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR

A partir de las configuraciones básicas del amplificador operacional se elaboran una serie de circuitos de aplicación practica como:

Amplificador diferencial Amplificador Sumador Amplificador integrador Amplificador diferenciador

El amplificador diferencialEl amplificador diferencialUna configuración importante con AO es la que se conoce como amplificador diferencialamplificador diferencial, que no es más que una combinación de las dos configuraciones principales. Este circuito tiene señales aplicadas en ambos terminales de entrada, tal como se muestra en la siguiente figura:

Configuraciones basadas en los circuitos Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversorinversor y no inversor

Para comprender cómo funciona el circuito, primero se ana-lizarán las dos señales de entrada por separado, y después, en forma combinada. Como siempre, VVdd = 0 = 0, y la corriente de entrada en los termi-corriente de entrada en los termi-

nales es ceronales es cero. Por lo tanto:

)()()()( VVVVVd

221

1)( RRR

VV

donde la tensión en el terminal positivo será:

El amplificador diferencialEl amplificador diferencial


Por lo tanto, llamando VV0101 a la tensión a la salida debida a

VV11, y teniendo en cuenta que VV22=0=0 y que VV(-)=(-)=VV(+)(+), se tiene:

3

43

21

2101 R

RR

RR

RVV

Aplicando el principio de superposiciónprincipio de superposición, la tensión de salida se puede considerar como la suma de los efectos producidos por ambas señales en forma individual, haciendo una cero cuando se considera la otra.



Aplicando el teorema de superposición, la tensión de salida VV00 = = VV0101 + + VV0202. Haciendo que RR33=R=R11 y RR44 =R =R22, se tendrá que:

3

4202 R

RVV

La tensión de salida debida a VV22, suponiendo VV11=0=0 (y consi-derando la ecuación de la ganancia para el circuito inversor), valdrá:

1

2202 R

RVV

1

2101 R

RVV

1

2210 )(

R

RVVV



En términos de ganancia:

1

2

21

0

R

R

VV

V

es la ganancia del AO para señales en modo diferencialganancia del AO para señales en modo diferencial.

VV11 se dividirá entre RR11 y RR22, apareciendo una tensión VV(+)(+) menor en RR22. Debido a la ganancia infinita del amplificador, y a la tensión de entrada diferencial cero, esta tensión será igual a VV(-)(-) en el nodo suma ( terminal (-) ).



CONSULTA

AMPLIFICADOR SUMADORAMPLIFICADOR INTEGRADORAMPLIFICADOR DIFERENCIADOR

GRACIASREALIZAR TAREA DE FIN DE UNIDAD Y PREPARARSE PARA LA EVALUACION

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