El Amplificador Operacional
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El Amplificador Operacional El Amplificador Operacional Document Transcript

  • EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL • 1.- Características. • 2.- Funcionamiento. • 3.- Realimentación negativa. • 4.- Aplicaciones lineales. • 5.- Aplicaciones no lineales. • 6.- Conversor digital – analógico. • 7.- Conversor analógico – digital. El Amplificador 2 Operacional 1
  • 1.- Características. • Es un amplificador de tensión. Alimentación positiva • Entrada diferencial. • Elevada impedancia de Entrada entrada. inversora Salida • Pequeña impedancia de Entrada no salida. inversora • Alimentación típicamente simétrica: +VCC, -VCC Alimentación negativa • También hay A.O. para soportar alimentación asimétrica: VCC, 0 ó –VCC, 0 V. El Amplificador 3 Operacional 1.- Características. A.O. ideales A.O. reales (ejemplos) Ganancia AV Infinita 200.000 máx. 300.000 máx. de tensión (LM741) (TL081) Impedancia ZE Infinita 2M 106 M de entrada (LM741) (TL081) Impedancia ZS 0 75 típ. 50 máx. de salida (LM741) (TL081) Ancho de BW 0 1,5 MHz 4 MHz banda (LM741) (TL081) El Amplificador 4 Operacional 2
  • 2.- Funcionamiento.  V + V−  • Ad: ganancia diferencial. VS = A d ·(V+ − V− ) + A mc · +   2  • Amc: ganancia en modo VS común. VCC • V+ y V-: entradas. • VS: salida. • El elevado valor de Ad V+ - V- hace que diferencia de tensiones de entrada -VCC mínimas saturen el A.O. • Las propias tensiones de desequilibrio internas El Amplificador (offset) saturan el A.O. 5 Operacional 2.- Funcionamiento. • Algunos modelos de A.O. incorporan 2 entradas adicionales, llamadas BALANCE o OFFSET NULL. • Los catálogos de los fabricantes proponen el montaje a añadir si se desea. El Amplificador 6 Operacional 3
  • 3.- Realimentación negativa. • Suponiendo ganancia diferencial infinita, el sistema sólo se estabiliza cuando la diferencia de tensión en sus entradas se anula. • La realimentación hace que: V+ = V- • Esto es la base de análisis de los circuitos lineales con A.O. El Amplificador 7 Operacional 4.- Aplicaciones lineales. • 4.1.- Seguidor de tensión. • 4.2.- Amplificador inversor. • 4.3.- Amplificador no inversor. • 4.4.- Sumador inversor. • 4.5.- Restador (amplificador diferencial). • 4.6.- Derivador inversor. • 4.7.- Integrador inversor. El Amplificador 8 Operacional 4
  • 4.1.- Seguidor de tensión. • VS = VE • Por la entrada no inversora no circula intensidad. • La intensidad en la salida la proporciona el A.O. VS VE • Esto permite aislar las intensidades en diferentes partes de un circuito, manteniendo las tensiones. El Amplificador 9 Operacional 4.2.- Amplificador inversor. • La ganancia se ajusta con R1 y R2. • El signo negativo indica que la señal de salida está invertida respecto a la de entrada. • En el caso de señales de entrada periódicas (por ejemplo senoidales) R2 implica un desfase de VS = − VE 180º. R1 El Amplificador 10 Operacional 5
  • 4.3.- Amplificador no inversor. • La ganancia se ajusta con R1 y R2. • La impedancia de entrada del circuito es la propia del amplificador operacional.  R  VS = 1 + 2  VE  R1  El Amplificador 11 Operacional 4.4.- Sumador inversor. R2 VS = − (V1 + V2 ) R1 El Amplificador 12 Operacional 6
  • 4.4.- Sumador inversor. • Con R2 y R1 se puede aumentar o disminuir la tensión de salida proporcionalmente a la suma de las tensiones de entrada. • Se pueden añadir tantas tensiones de entrada como se desee, a través de una resistencia de valor R1 conectada al nudo de la masa virtual. • Variando el valor de la resistencia R1 de forma diferente para cada tensión de entrada, se puede hacer una suma ponderada a cada sumando. • Obsérvese que el signo menos en la ecuación indica que la tensión de la salida está invertida respecto a la suma de las tensiones de entrada. El Amplificador 13 Operacional 4.5.- Amplificador diferencial. • Con R1 y R2 se puede aumentar o disminuir la tensión de salida proporcionalmente a la diferencia de las tensiones de entrada. R2 VS = (V1 − V2 ) R1 El Amplificador 14 Operacional 7
  • 4.6.- Derivador inversor. • La tensión de salida es proporcional a la derivada de la tensión de entrada. • El signo negativo indica que la salida está invertida. dVE VS = −R ·C dt El Amplificador 15 Operacional 4.7.- Integrador inversor. • La tensión de salida es proporcional a la C integral de la señal de entrada. R VE • El signo negativo VS indica que la salida está invertida. 1 R· C ∫ VS = − VE dt El Amplificador 16 Operacional 8
  • 5.- Aplicaciones no lineales. • 5.1.- Comparador de tensión. • 5.2.- Comparador de tensión con salida compatible TTL. • 5.3.- Multivibrador monoestable. • 5.4.- Multivibrador astable. El Amplificador 17 Operacional 5.1.- Comparador de tensión. • Una vez fijada la tensión de referencia con el potenciómetro la salida es: • + VSAT si VE > VRef. • – VSAT si VE < VRef. • La tensión de saturación VSAT normalmente es ligeramente inferior (en valor absoluto) a la tensión de alimentación VCC. El Amplificador 18 Operacional 9
  • 5.2.- Comparador de tensión con salida compatible TTL. • La tensión en la salida toma 2 únicos valores: • + 5,1 V si VE > VRef. • – 0,6 V si VE < VRef. • Valores que se pueden usar como entrada a una puerta lógica TTL. El Amplificador 19 Operacional 5.3.- Multivibrador monoestable. VCC • La salida está a 0 V un tiempo (t) después R3 R2 de pulsar el pulsador. V1 VS • Pasado este tiempo, V2 la salida se mantiene R4 C R1 estable a VSAT. • La R4 debe tener muy poca resistencia, para  R  permitir una descarga t = R3 ·C·ln1 + 2   R1  muy rápida del C. El Amplificador 20 Operacional 10
  • 5.4.- Multivibrador astable. • El propio offset del A.O. sirve de arranque al circuito, que se acaba saturando. • Entonces el condensador empieza a cargarse para alcanzar la nueva tensión de saturación. • Cuando V1 supera a V2  2·R1  cambia la salida y vuelve T = 2·R3 ·C ·ln 1 +  a empezar el ciclo.  R2  El Amplificador 21 Operacional 5.4.- Multivibrador astable. El Amplificador 22 Operacional 11
  • 5.4.- Multivibrador astable. El Amplificador 23 Operacional 6.- Conversor digital – analógico. • 4 bits de entrada, que se introducen por las V3 R1 R2 entradas V3 (MSB), V2, V1 y V0 (LSB). 2·R1 +VCC V2 • Cada entrada podrá V1 4·R1 VS tomar los valores correspondientes a su 8·R1 -VCC V0 familia lógica. V V V V  VS = −R 2  3 + 2 + 1 + 0   R1 2 R1 4 R1 8 R1  El Amplificador 24 Operacional 12
  • 7.- Conversor analógico – digital. CAD paralelo “Flash” 7 6 5 4 3 2 1 El Amplificador 25 Operacional 7.- Conversor analógico – digital. CAD por aproximaciones sucesivas “rampa” El Amplificador 26 Operacional 13