Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Clases Amplificadores Operacionales

53,123 views

Published on

Clases Amplificadores Operacionales

Published in: Engineering
  • If you want to download or read this book, copy link or url below in the New tab ......................................................................................................................... DOWNLOAD FULL PDF EBOOK here { http://bit.ly/2m77EgH } ......................................................................................................................... Download EPUB Ebook here { http://bit.ly/2m77EgH } .........................................................................................................................
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • If you want to download or read this book, copy link or url below in the New tab ......................................................................................................................... DOWNLOAD FULL PDF EBOOK here { http://bit.ly/2m77EgH } ......................................................................................................................... Download EPUB Ebook here { http://bit.ly/2m77EgH } .........................................................................................................................
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • If you want to download or read this book, copy link or url below in the New tab ......................................................................................................................... DOWNLOAD FULL PDF EBOOK here { http://bit.ly/2m77EgH } ......................................................................................................................... Download EPUB Ebook here { http://bit.ly/2m77EgH } .........................................................................................................................
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • If you want to download or read this book, copy link or url below in the New tab ......................................................................................................................... DOWNLOAD FULL PDF EBOOK here { http://bit.ly/2m77EgH } ......................................................................................................................... Download EPUB Ebook here { http://bit.ly/2m77EgH } .........................................................................................................................
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • If you want to download or read this book, copy link or url below in the New tab ......................................................................................................................... DOWNLOAD FULL PDF EBOOK here { http://bit.ly/2m77EgH } ......................................................................................................................... Download EPUB Ebook here { http://bit.ly/2m77EgH } .........................................................................................................................
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here

Clases Amplificadores Operacionales

  1. 1. AMPLIFICADOR OPERACIONAL AMP OP - + e- + e+ eo - Entrada inversora + Entrada no inversora + + - - - Tensiones en el amp op, e+ y e- son tensiones de entrada, y eo es la tensión de salida e
  2. 2. CARACTERISTICAS IDEALES DEL AMP OP - + + + e+ + eo - - - e- El voltaje entre las terminales + y – vale cero (tierra virtual o corto virtual La corriente entre + y – vale cero = Impedancia de entrada infinita. La impedancia de salida vale cero. Tiene una ganancia K que tiende a infinito. K eo = e e + - - e- virtual) K
  3. 3. ¿Por qué es tan importante el AMP OP? - + + + K e+ + eo e- - - - El AMP OP ofrece una forma conveniente de construir, implantar o realizar funciones de transferencia en el dominio de s o en el dominio del tiempo. En sistemas de control se emplean a menudo para implantar controladores obtenidos del proceso de diseño del sistema de control. Con el AMP OP es posible obtener funciones de transferencia de primer orden o de orden superior.
  4. 4. Circuitos obtenidos a partir del AMP OP
  5. 5. Circuitos obtenidos a partir del AMP OP
  6. 6. Circuitos obtenidos a partir del AMP OP
  7. 7. Circuitos obtenidos a partir del AMP OP
  8. 8. Circuitos obtenidos a partir del AMP OP
  9. 9. Circuitos obtenidos a partir del AMP OP
  10. 10. Circuitos obtenidos a partir del AMP OP
  11. 11. Circuitos obtenidos a partir del AMP OP
  12. 12. Circuitos obtenidos a partir del AMP OP
  13. 13. Regresemos al PID: Cómo podemos obtenerlo con AMP OP u( t ) K e( t ) K de( t ) p D I = + + K òe( t )dt dt U( s ) K E( s ) K sE( s ) KI E( s ) s = p + D +
  14. 14. Circuitos obtenidos a partir del AMP OP
  15. 15. Circuitos obtenidos a partir del AMP OP COMPARADOR Vin - 0 Vin -Vref Si Vin ñ 0, entonces Vout » 10V Si Vin á 0, entonces Vout » -10V Si Vin ñ Vref , entonces Vout » 10V Si Vin á Vref , entonces Vout » 0 V
  16. 16. Características del AMP OP Tensiones offset: En los amplificadores reales aparecen en su salida tensiones del orden de decenas a centenas de milivotios en ausencia de una señal de entrada. Causas: disimetrías en la etapa diferencial… Modelo de las tensiones offeset: tensión off-set de entrada o Vos (input offset voltage) ¿Cómo eliminar el offset? Se usan potenciómetros (offset null)
  17. 17. Características del AMP OP
  18. 18. Características del AMP OP
  19. 19. Características del AMP OP Corriente bias o corrientes de polarización: Corriente necesaria para la operación de un AMP OP. Modelo de las corrientes bias: IBIAS ¿Cómo reducir el efecto de la corriente bias? Usando amplificadores CMOS o FET, en lugar de BJT.
  20. 20. Características del AMP OP
  21. 21. Características del AMP OP
  22. 22. Características del AMP OP
  23. 23. Características del AMP OP Parámetros de frecuencia: Los AMP OP tienen alta ganancia y un gran ancho de banda; pero tienen tendencia a inestabilidad (polos en el lado derecho del plano complejo). Cómo se corrige la inestabilidad: se utilizan técnicas de compensación internas y/o externas que limitan su operación: Un capacitor para compensación, por ejemplo, puede provocar una drástica reducción de la frecuencia de corte.. Relación en el AMP OP: La ganancia multiplicada por la frecuencia de corte es igual a la frecuencia f1, siendo ésta el ancho de banda de ganancia unidad K p fC = f1
  24. 24. Características del AMP OP Slew rate:. Refleja la capacidad del AMP OP para manejar señales variables en el tiempo. El SR se define como la máxima variación de la tensión de salida con el tiempo que puede proporcionar la etapa salida del AMP, se mide en V/ms. Vo t SR D = D Efecto: Si hay un exceso sobre el valor del SR, el amplificador pierde sus características de linealidad y provoca distorsión en la señal que entrega.
  25. 25. Otros parámetros del AMP OP Rango de tensión de entrada:. Máxima tensión de entrada. Ej: 13 V. Máxima variación de rango de tensión de salida: o maximun peak output voltage swing. Máxima tensión esperada a la salida de el AMP, si su alimentación es de 15 V, su máxima tensión de salida es aproximadamente ± 14 V. Resistencia y capacitancia de entrada: (input resistance and capacitance). Resistencia y capacitancia equivalente de lazo abierto vista a través de los terminales de entrada del AMP. Ej 2MW y 1.4 mF. Resistencia de salida: resistencia de salida del AMP que puede ser de unos 75 W)
  26. 26. Otros parámetros del AMP OP Consumo de potencia: Potencia DC, para una alimentación de unos ±15 V, su valor es de 50 mW. Corriente de cortocircuito de salida: Corriente máxima de salida limitada por el dispositivo de protección; ej: 25 mA. Variación máxima de la tensión de salida: (output voltage swing). Es la amplitud pico-pico máxima que se puede conseguir sin que se produzca corte, para VCC = ±15 V, ésta es de ±13 V a ± 14 V.
  27. 27. Comparación de amplificadores operacionales Parámetro Ideal Tipo Veloz Bajo Ruido 741 715 5534 ================================================================= Ao (dB) ¥ 100 90 100 Rsa (W) 0 75 75 0.3 Ren (W) ¥ 2 Meg 1 Meg 0.1 Meg Ides (nA) 0 20 250 300 Vdes (mV) 0 2 10 5 GBW (Hz) ¥ 1 Meg 65 Meg 10 Meg SR (V/mseg) ¥ 0.7 100 13 CMRR (dB) ¥ 90 90 90 PSRR (mV/V) 0 30 30 30 PSRR(dB) {dB(V/mV)} ¥ 90 90 90 =================================================================
  28. 28. Configuraciones básicas Tabla 3.2: Características de las configuraciones retroalimentadas Amplificador no inversor Amplificador inversor Rentrada 2 1 R GR en F A + RA mc R R Rsalida R R G R R sa A F A 1+ + R R G R R sa A F A 1+ + Ancho de Banda GBW 1+ RF RA GBW 1+ RF RA Ganancia de Voltaje 1+ R R F A - R R F A Nomenclatura adicional: Rmc=Resistencia de entrada en modo común, GBW = Producto Ganancia Ancho de Banda, y G = Ganancia en Lazo Abierto
  29. 29. Acondicionamiento Lineal de Señales: Amplificador Inversor • V+ está conectada a tierra (V+=0). • (V+) ­( V­)= 0, la terminal inversora (negativa) esta al mismo potencial que la no­inversora y se denomina: tierra virtual. • La corriente I1 se encuentra usando la ley de Ohm. La corriente I1 fluye solamente hacia R2. Esto es I1=I2. • La resistencia presentada a Vi es R1. • Entonces: (V­) = (V+) Vo = ­( R2/R1) Vi I1 = Vi R1 I2 = -Vo R2 ü ý ï ïþ I1 =I2 ÞVo = - R2 æ è R1 ö ø Vi
  30. 30. Acondicionamiento Lineal de Señales: Amplificador Sumador Sumador Inversor • (V+) esta conectado a tierra, o (V+)=0. • Debido a que (V­) = (V+), la señal inversora tiene un potencial de cero y se le denomina tierra virtual. • Las corrientes I1, I2 e I3 se calculan usando la ley de Ohm. I1= V1 R1 I2 = V 2 R2 I3 = - Vo R3 ü ï ï I3 = I1+I2 Þ Vo = - R3 ý ï ï þ V1 æ è R2 V2 + R3 R1 ö ø
  31. 31. Acondicionamiento Lineal de Señales Amplificador No Inversor • Ahora (V+) está conectada a Vi. • (V+) = (V­) = Vi • De nuevo, la corriente I1 se calcula usando la ley de Ohm. I1 fluye a través de R2 e I1=I2. • El circuito presenta una resistencia muy grande a Vi I1= - Vi R1 I2 = Vi - Vo R2 ü ï ý I1= I2 ÞVo = 1+ R2 ï þ R1 æ è ö ø Vi
  32. 32. Acondicionamiento Lineal de Señales El amplificador diferencial • (V+) se obtiene de la división de voltajes: (V+) = [R2/ (R2 + R1)]V2 • Las corrientes IA e IB se calculan usando la ley de Ohm. • IA = IB y (V+) = (V­) • Vo se obtiene de una substitución sencilla. IA = V1- R2 R2 +R1 V2 R1 IB = R2 R2 +R1 V2 - Vo R2 ü ï ï IA = IBÞ Vo = ý ï ï þ R2 R1 (V2 - V1)
  33. 33. Acondicionamiento Lineal de Señales: Amplificador de Instrumentación • Este amplificador es una herramienta poderosa para medir señales análogas de bajo nivel que se originan en sensores remotos y que se transmiten a través de un par de alambres.
  34. 34. Amplificador de Instrumentación Integrado Usando 3 amplificadores operacionales
  35. 35. Acondicionamiento Lineal de Señales: Circuito Integrador • (V+) está conectado a tierra, (V+) = 0 • Otra vez, (V­) = (V+) y la terminal inversora tiene un potencial de cero. • IR se calcula usando la ley de Ohm. IR fluye a través de C. Esto es IR = Ic. IR = Vi R Ic = -C dVo dt ü ï ý IR = Ic Þ Vo = - ï þ 1 RC ò Vi(l)dl
  36. 36. Convertidor de Voltaje a Corriente Convertidor del tipo V­I (carga flotada) • (V+) esta conectado a Vi. • (V­) = (V+), de tal forma que la terminal inversora tiene el mismo potencial que Vi. • La corriente a través de R1 es IL. La corriente IL no depende de la resistencia RL. • Notar que la carga esta flotada.
  37. 37. Otro convertidor de Voltaje a Corriente Convertidor V­I con carga aterrizada • IL no depende de RL. Sólo depende de VIN y VREF. • 1/R1 determina laconstante de proporcionalidad entre V y I. • Notar que la carga esta referenciada a tierra. IL = 1 R1 (VIN -VREF )
  38. 38. Convertidor de Corriente a Voltaje Convertidor I­V inversor • (V+) está conectado a tierra, o (V+) = 0 • (V­) = (V+) = 0, La terminal inversora es tierra virtual • I fluye solamente a través de R. • R determina la constante de proporcionalidad entre la curriente y el voltaje.
  39. 39. Otro convertidor de corriente a voltaje Convertidor I­V no inversor • Si R1 >> Rs, IL fluye casi totalmente a través de Rs.
  40. 40. Acondicionamiento Lineal: Ejemplo • Usando Amp. Operacionales, diseñar el siguiente circuito aritmético: Solución • Usar un amplificador sumador con entradas Vi y 5 Volts, ajustar la ganancia a 3.4 y 1, respectivamente.
  41. 41. Acondicionamiento Lineal de Señales: Ejemplo • Diseñar un circuito con Amp. Operacional que tenga una ganancia de 42 y que tenga una resistencia de entrada muy grande. Solución • Usar la configuración no inversora, ya que posee la inherente característica de su resistencia de entrada grande.
  42. 42. Acondicionamiento Lineal de Señales: Ejemplo • Diseñar un circuito basado en amplificadores operacionales que convierta un rango de voltajes de 20 a 250 mV a un rango de 0 a 5 V.
  43. 43. Acondicionamiento Lineal de Señales Ejemplo • Diseñar un circuito basado en amplificadores operacionales para convertirun rango de señales de [4 to 20 mA] a un rango de voltaje de [0 to 10 V]. Solución.
  44. 44. Amplificadores Operacionales Introducción a los amplificadores operacionales: Indice • Introducción • Aplicaciones lineales básicas • Adaptador de niveles • Amplificadores de instrumentación • Conversión I-V y V-I • Derivador e integrador • Resumen
  45. 45. Introducción • Circuito integrado de bajo coste • Multitud de aplicaciones • Mínimo número de componentes discretos necesarios: » Resistencias » condensadores. • Aplicaciones: Cálculo analógico Convertidores V-I e I-V Amplificadores Instrumentación Filtros Activos Amplificador Operacional AO
  46. 46. Conceptos básicos de AO Vo Amplificador de continua Amplificador diferencial V1 Vd V2 - + +Vcc -Vcc Vcc Vcc Tensión de salida V0 acotada -Vcc≤Vo≤+Vcc
  47. 47. Conceptos básicos de AO (I) Encapsulado: Inserción SMD
  48. 48. Conceptos básicos de AO (II) Circuito equivalente real - + Vo V1 V2 Vd 0,5·Rd 0,5·Rd Rcx Ac·Vc Ro + - Ad·Vd + - Rd – Impedancia de entrada diferencial Rcx – Impedancia de entrada de modo común Ro – Impedancia de salida Ad – Ganancia diferencial Ac – Ganancia de modo común Vo=Ad·Vd+Ac·Vc Vd=V2-V1 y Vc=(V1+V2)/2
  49. 49. Conceptos básicos de AO (III) Circuito equivalente ideal Rd – Infinita Rcx – Infinita Ro – Nula Ad – Infinita Ac – nula Vo=Ad·Vd; Vd=V2-V1 Tensión de salida V0 acotada -Vcc≤Vo≤+Vcc - + Vo V1 V2 Vd +- Ad·Vd +Vcc -Vcc
  50. 50. Conceptos básicos de AO (IV) Realimentación negativa Con Ad finita R2 R1 i i Vi+Vd=i·R1 - + Vo Vd V1 V2 Vi Vi-Vo=i·(R1+R2) Vo=Ad·Vd 1 1 1 1 A R 1 2 d 2 1 V o i R R R R V + × + = - ×
  51. 51. Conceptos básicos del AO (V) Con Ad finita 2 V o 1 1 1 A R R Con Ad infinita 2 1 V o = - i R R V 1 1 2 d 1 i R R R V + × + = - × R2 R1 - + Vo Vd V1 V2 Vi Amplificador de ganancia negativa
  52. 52. Conceptos básicos de AO (VI) Realimentación negativa R2 R1 - + Vo Vd V1 V2 Vi Con Ad finita æ 2 1 1 V V R Con Ad infinita V 0 d = ö ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ø ç ç ç ç ç ç ç è 1 1 A R + × + × - + = 1 1 2 d 1 2 d i R R R R Tensión diferencial nula Vd=0; V1=V2
  53. 53. Conceptos básicos de AO (VII) La tensión diferencial nula Vd=0 (V1=V2) y su modo de funcionamiento es lineal si: -Existe un camino de circulación de corriente entre la salida y la entrada inversora - El valor de la tensión de salida , Vo, no sobrepasa los limites de la tensión de alimentación, ±Vcc En caso contrario: -Vd≠0 y por tanto su modo de funcionamiento es no lineal
  54. 54. Conceptos básicos de AO (VIII) Realimentación negativa Con Ad finita 2 1 1 1 A R æ = + 1 R ö Con Ad infinita 2 1 V o = + i 1 R R V 1 1 2 d 1 V o i R R R V + × + × ÷ ÷ø ç çè R2 R1 - + Vo V1 Vd Vi V2 Amplificador de ganancia positiva ≥ 1
  55. 55. Conceptos básicos de AO (IX) Punto de partida: circuito lineal, Vd=0 i i i i + - V - + 0 i - + Vo Vi R2 R1 Vd R2 R1 - + Vo Vd Vi i = V i R V = -i ×R 1 V = V + i ×R 0 2 0 i 2 æ V V V R V = - V × = - × ÷ ÷ø 2 1 0 2 i R i 1 R V R R ö ç çè = + × = × + 2 1 0 i i i R 2 1 V 1 R R 2 1 V o = + i 1 R R V 2 1 V o = - i R R V
  56. 56. Aplicaciones lineales básicas del AO ¿Que podemos hacer con un AO? Multiplicar por Vi·(-1): Cambiador signo o inversor - Multiplicar por Vi·(-k) o Vi·(1+k) Cambiador de escala - Multiplicar por Vi·(1) Seguidor de emisor - Cambiar el desfase entre la entrada y salida Cambiador de fase - Sumar de tensiones ±(k1·v1+k2*V2+...kn·Vn) Sumador - Resta de dos tensiones (k1·V1-k2*V2) A. Diferencial o Restador
  57. 57. Aplicaciones lineales básicas del AO -Capacidad de realizar operaciones matemáticas, de ahí su 2 nombre (Amplificador operacional) Z2 Z1 A = V = + vni Z 1 o i 1 Z V 2 A = V = - vi Z 1 o i Z V Amplificador Inversor Amplificador no Inversor - + Vo Vi Z2 Z1 - + Vo Vi
  58. 58. Cambiador de signo o inversor Avi=-1 es decir V0=-Vi - + 2 A = V = - vi Z 1 o i Z V -Si en el circuito de la figura Z1=Z2 entonces: - Circuito inversor, la tensión de salida está desfasada 180º respecto a la de entrada Vo Vi Z2 Z1
  59. 59. Cambiador de escala 2 -Si en el circuito de la figura Z2=k·Z1 A = V = - vi Z 1 o i Z V Negativo Avi=-k es decir V0=-k·Vi - + Vo Vi Z2 Z1
  60. 60. Cambiador de escala -Si en el circuito de la figura Z2=k·Z1 2 A = V = + vni Z 1 o i 1 Z V Z2 Z1 Positivo Avi=1+k es decir V0=(1+k)·Vi - + Vo Vi
  61. 61. Z2 Z1 2 A = V = + vni Z 1 o i 1 Z V Seguidor de emisor -Si en el circuito de la figura Z1=∞ -Impedancia de salida nula -Impedancia de entrada infinita - + Vo Vi Avni=1 - + Vo Vi Z2
  62. 62. Seguidor de emisor Ejemplo de aplicación: Adaptación de impedancias Vaux R1=10k VRe=0,01Vpp Vaux=1Vpp Re=100 ohm - + VV o R1=10k aux VRe=1Vpp Vaux=1Vpp Re=100 ohm
  63. 63. Cambiador de fase = = - ×w× × - + 1 j R C o v + ×w× × -Ganancia Av=1 ( ) ( ) 1 A V + w× × 1 R C v = 1 R C A V o V 2 2 i + w× × = = -Si R2=R1 1 j R C V i Vo Vi R2 R1 R C -Desfase j = -w× × A arctg( R C) ( ) v arctg( R C) (A ) 2 arctg( R C) j = - × +w× × v +w× × -Para w=cte, j es función de R y C
  64. 64. Sumador (I) Sumador inversor - + Vo V1 R R´ 1 R2 Rn V2 Vn i Vd V n Al ser Vd=0 i = V V 1 + 2 + ××× + i 1 2 n R R R Como Vo=-R´·i ö ÷ ÷ø æ = - × + × + ××× + × n V R´ ç çè V R´ V R´ o V n 2 2 1 1 R R R Si R1=R2=…=Rn -Vo es la combinación lineal de las tensiones de entrada. V = - R´ × + + ××× + ( ) 1 2 n o V V V 1 R
  65. 65. Sumador (II) Sumador no inversor La tensión de salida Vo es: V 1 R´ o = æ + V ö çè + × ÷ø R - + R´ VV´R´o 1 1 R´2 R´n V´2 V´n Vd R Aplicando Millman, V+ será: ´n ´2 ´ 1 V 1 V + + ××× + 1 V 1 V+ ´ n ´ 2 ´1 ´ n ´ 2 ´1 R R R R R R V + + ××× + = + Si R´1=R´2=…=R´n ( ) ´n V = 1 × + +×××+ + ´ 1 V V V ´2 n
  66. 66. Sumador (III) Sumador no inversor - + R´ La tensión V+ en función de todas las tensiones de entrada es: V = 1 × + + + + VV´R´o 1 1 R´2 R´n V´2 V´n Vd R V+ ( 1 2 n ) V´ V´ ... V´ n Y la tensión de salida Vo es: ( ) ÷ø Vo 1 1 2 n V´ V´ ... V´ 1 R´ = × + + + ×æ + ö R çè n -Vo es la combinación lineal de las tensiones de entrada.
  67. 67. 2 1 Amplificador diferencial: Restador Aplicando superposición: æ + × ÷ ÷ø æ ÷ø ÷ V V R 1 R - × o 2 1 R 2 1 4 3 4 V R R R R ö ç çè ö ç çè + = × V = R × - ( ) 2 1 2 V V o 1 R R1 R2 La tensión de salida es proporcional a la diferencia de las tensiones de entrada - + Vo V1 RV 3 2 R4 V+ Si hacemos R1=R3 y R2=R4
  68. 68. Adaptación de niveles (I) R1 R2 - + Aplicando superposición: Vo V1 V2 R3 R4 V+ 2 1 æ + × ÷ ÷ø æ ÷ø ÷ V V R 1 R - × o 2 1 R 2 1 4 3 4 V R R R R ö ç çè ö ç çè + = × Sensores: -Temperatura - Presión - Humedad Equipos de medida
  69. 69. Adaptación de niveles (II) 2 1 R1 R2 æ + × ÷ ÷ø ÷ø ÷ V V R 1 R - × 0 DC T R 2 1 4 3 4 V R R R R ö ç çè ö ç çè æ + = × Ejemplo: [+12 a -12V] -> [0V a 5V] - + V0 VT VDC R3 R4 V+ Representa la ecuación de la recta
  70. 70. Adaptación de niveles (II) 2 1 R1 R2 æ + × ÷ ÷ø ÷ø ÷ V V R 1 R - × 0 DC T R 2 1 4 3 4 V R R R R ö ç çè ö ç çè æ + = × Ejemplo: [+12 a -12V] -> [0V a 5V] - + V0 VT VDC R3 R4 V+ Representa la ecuación de la recta
  71. 71. Adaptación de niveles (II) 2 1 R1 R2 æ + × ÷ ÷ø ÷ø ÷ V V R 1 R - × 0 DC T R 2 1 4 3 4 V R R R R ö ç çè ö ç çè æ + = × Ejemplo: [+12 a -12V] -> [0V a 5V] - + V0 VT VDC R3 R4 V+ Representa la ecuación de la recta
  72. 72. Amplificadores de instrumentación (I) Amplificación de señales débiles de transductores R1 R2 - + R Vo 1 R2 V+ V1 V2 V = V - V × R ( ) 2 1 o 2 1 R Ra+DRa V1 V2 Ra V Ra Ra Problema: Adaptación de impedancias
  73. 73. Amplificadores de instrumentación (II) R1 R2 - + Vi V1 R1 V2 R2 V+ - + - + R´ R´ Ra+DRa V1 V2 Ra V Ra Ra V = V -V × R ( ) 2 1 o 2 1 R - Impedancia de entrada alta - La ganancia depende de varias resistencias (R1 y R2)
  74. 74. Amplificadores de instrumentación (III) R1 R2 = - × ×æ + × ÷ø V V V R 1 2 R´ = × - ( ) d ( 2 1 ) 2 A´ V V o 2 1 1 R R ö çè Ra+DRa V1 V2 Ra V Ra Ra - Impedancia de entrada alta - La ganancia depende de una resistencia (R) - + Vi V1 R1 V2 R2 V+ - + - + R´ R´ R
  75. 75. Conversión corriente-tensión (I) Objetivo: obtener una tensión V(t) proporcional a una corriente i(t) Circuito simple i(t) R V(t) Ze=R V (t) i(t) R o = × Circuito mejorado - + Vo(t) i(t) i(t) R Vd VR(t) Ze=0 V (t) V (t) i(t) R o R = - = - ×
  76. 76. Convertidor tensión-corriente (I) Objetivo: obtener una corriente i(t) proporcional a una tensión V(t). Carga flotante i(t) = Vi (t) R R i i Z Amplificador no inversor Amplificador inversor - + Vo Vi - + Vo Vi R i i Z
  77. 77. Convertidor tensión-corriente (II) Objetivo: obtener una corriente i(t) proporcional a una tensión V(t). Carga no flotante i (t) = f ( V - V ) s 2 1 2 1 Siempre y cuando: -Vcc ≤Vo≤+Vcc æ V (t) V (t) 1 R V (t) V (t) R ö R Z 1 1 2 o 1 2 o R Z R - V (t) V (t) R R + = × + = × + - + Vo V1 R1 is R2 R1 R2 V2 Z V- V+ ÷ ÷ø ç çè = × + + 1 0 R y (V-)>(V+)
  78. 78. Convertidor tensión-corriente (III) i i - + Vo V1 R1 V´ V´ is R2 R1 R2 V2 Z i´ i´-is Carga no flotante i V V o s = - ´; = ´- × ; ´= × 2 V V i R V i Z R 1 1 R æ V i Z R o s - ÷ ÷ø 2 V 1 2 (1) 1 1 1 R R ö ç çè = × × +
  79. 79. Convertidor tensión-corriente (IV) i V V o s s ´= - ´; = ´- ´- × ; ´= × 2 æ V i Z R ÷ - R + × ÷ø o s s 2 V i R 1 2 (2) 2 2 1 1 R R ö ç çè = × × + i i - + Vo V1 R1 V´ V´ is R2 R1 R2 V2 Z i´ i´-is Carga no flotante V V (i i ) R V i Z R 1 2
  80. 80. Convertidor tensión-corriente (V) R æ V i Z R o s - ÷ ÷ø 2 V 1 2 (1) 1 1 1 R R ö ç çè = × × + æ V i Z R ÷ - R + × ÷ø o s s 2 V i R 1 2 (2) 2 2 1 1 R R ö ç çè = × × + i i - + Vo V1 R1 V´ V´ is R2 R1 R2 V2 Z i´ i´-is Igualando las ecuaciones (1) y (2): i t = V - V s ( ) 2 1 R 1 Carga no flotante
  81. 81. Circuito integrador (I) i(t) = Vi (t) R Dado que Vd=0 La tensión Vc es: ò V (t) 1 = × + c c t ò V (t) V (t) 1 = × + 0 c i c t 0 dt V (0) R C i(t) dt V (0) C - + Vo Vi C R i i Vd Vc V (t) 1 Como Vo(t)=-Vc(t) entonces ò × - o i c V (t) dt V (0) × = - t 0 R C
  82. 82. Circuito integrador (II) - + Vo Vi R i i C Vd Vc Formas de onda V (t) 1 ò × - × = - t o i c V (t) dt V (0) 0 R C
  83. 83. Circuito integrador (III) Problema: Saturación de AO - + Vo Vi R i i Vd UDi - + R1 C Causas: • Asimetría en los caminos de entrada-salida. Efecto: • Sin tensión de entrada, en régimen permanente, el AO se satura. V0=Ad·UDi=±Vcc Solución: • Limitar la ganancia del AO con R1. V0=UDi·(1+R1/R) +Vcc -Vcc
  84. 84. Circuito integrador (V) Conversor V-I: Carga no flotante i i - + Vo V1 R1 V´ V´ is R2 R1 R2 V2 C i´ i´-is Vc V (t) 1 c s c i (t) dt V (0) t V (t) V (t) 1 t = ò × + c dt V (0) 0 c i R C ö ÷ ÷ø æ V (t) V (0) 1 R ç çè = × + 2 1 0 c R i (t) = V 2 1 s R = ò × + 0 C
  85. 85. Circuito derivador (I) i(t) = C dVi (t) dt V (t) = i(t) × R R Dado que Vd=0 La tensión VR es: Como Vo(t) es: V (t) RC dVi (t) o = - dt Vc VR - + Vo Vi C i i R Vd V (t) V (t) o R = - entonces:
  86. 86. Circuito derivador (II) Vc VR - + Vo Vi C i i R Vd Formas de onda V (t) RC dVi (t) o = - dt
  87. 87. Resumen (I) • El AO es un circuito integrado de bajo coste capaz de realizar multitud de funciones con pocos componentes discretos. • Ejemplos de funciones lineales: Calculo analógico, convertidores V-I e I-V, amplificadores de instrumentación y filtros activos. • El AO se comporta de forma lineal si: – Hay camino de circulación de corriente entre la salida y la entrada negativa – La tensión de salida no supera los limites de la tensión de alimentación
  88. 88. Resumen (II) • Es posible realizar funciones matemáticas, de ahí su nombre : Amplificador Operacional. – Sumador – Restador – Integrador – Diferenciador – Amplificadores de instrumentación – Adaptadores de niveles

×