el_amplificador_operacional
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EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
El Amplificador Operacional
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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.
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El Amplificador Operacional
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1.- Características.
• Es un amplificador de tensión.
• Entrada diferencial.• Elevada impedancia de
entrada.• Pequeña impedancia de
salida.• Alimentación típicamente
simétrica: +VCC, -VCC• También hay A.O. para
soportar alimentación asimétrica: VCC, 0 ó –VCC, 0 V.
Salida
Entradainversora
Entrada noinversora
Alimentaciónpositiva
Alimentaciónnegativa
El Amplificador Operacional
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1.- Características.
BW
ZS
ZE
AV
4 MHz(TL081)
1,5 MHz(LM741)
0Ancho de banda
50 Ω máx. (TL081)
75 Ω típ. (LM741)
0Impedancia de salida
106 MΩ(TL081)
2 MΩ(LM741)
InfinitaImpedancia de entrada
300.000 máx. (TL081)
200.000 máx. (LM741)
InfinitaGanancia de tensión
A.O. reales (ejemplos)A.O. ideales
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El Amplificador Operacional
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2.- Funcionamiento.
• Ad: ganancia diferencial.• Amc: ganancia en modo
común.• V+ y V-: entradas.• VS: salida.• El elevado valor de Ad
hace que diferencia de tensiones de entrada mínimas saturen el A.O.
• Las propias tensiones de desequilibrio internas (offset) saturan el A.O.
V+ - V-
VS
VCC
-VCC
++−= −+
−+ 2
VV·A)VV·(AV mcdS
El Amplificador Operacional
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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.
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El Amplificador Operacional
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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 Operacional
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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.
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El Amplificador Operacional
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4.1.- Seguidor de tensión.
VS
VE
• VS = VE
• Por la entrada no inversora no circula intensidad.
• La intensidad en la salida la proporciona el A.O.
• Esto permite aislar las intensidades en diferentes partes de un circuito, manteniendo las tensiones.
El Amplificador Operacional
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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) implica un desfase de 180º.E
1
2S V
R
RV −=
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El Amplificador Operacional
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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.
E1
2S V
R
R1V
+=
El Amplificador Operacional
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4.4.- Sumador inversor.
)VV(R
RV 21
1
2S +−=
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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 R1conectada 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 Operacional
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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.
)VV(R
RV 21
1
2S −=
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El Amplificador Operacional
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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.
dt
dVC·RV E
S −=
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4.7.- Integrador inversor.
VS
VE
R
C
• La tensión de salida es proporcional a la integral de la señal de entrada.
• El signo negativo indica que la salida está invertida.
∫−= dtVC·R
1V ES
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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.
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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.
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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 Operacional
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5.3.- Multivibrador monoestable.
VS
V2
R3
R1
R2
V1
C
VCC
R4
• La salida está a 0 V un tiempo (t) después de pulsar el pulsador.
• Pasado este tiempo, la salida se mantiene estable a VSAT.
• La R4 debe tener muy poca resistencia, para permitir una descarga muy rápida del C.
+=
1
23 1·ln·
R
RCRt
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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 V2cambia la salida y vuelve a empezar el ciclo.
+=
2
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·21·ln··2
R
RCRT
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5.4.- Multivibrador astable.
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5.4.- Multivibrador astable.
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6.- Conversor digital – analógico.
R2
2·R1
4·R1 V
S
V2
V1
8·R1
R1
V3
V0
+VCC
-VCC
• 4 bits de entrada, que se introducen por las entradas V3 (MSB), V2, V1 y V0 (LSB).
• Cada entrada podrátomar los valores correspondientes a su familia lógica.
+++−=
1
0
1
1
1
2
1
32S R8
V
R4
V
R2
V
R
VRV
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7.- Conversor analógico – digital.
5 4 3 2 167
CAD paralelo “Flash”
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7.- Conversor analógico – digital.CAD por aproximaciones sucesivas “rampa”
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