sesión 25 aplicaciones del amplificador operacional

Sesión 25Aplicaciones del

Amplificador Operacional

Componentes y Circuitos ElectrónicosJosé A. Garcia Souto / Isabel Pérez

www.uc3m.es/portal/page/portal/dpto_tecnologia_electronica/Personal/JoseAntonioGarcia

Aplicaciones del amplificador operacional

OBJETIVOS

• Analizar circuitos de aplicación lineales con amplificadores operacionales

• Revisar el análisis al considerar parámetros básicos de un amplificador operacional real

• Distinguir circuitos de aplicación no lineales con amplificadores operacionales y entender su

2

amplificadores operacionales y entender su principio de funcionamiento

UC3M 2009 CCE - Sesión 25

Introducción: Realimentación negativa

AMPLIFICADOR IDEAL REALIMENTADO

si soAsε s = G·s+-

si soA

β

sr

sε

βA

A

Si

SoG

+==1

so = G·si

1

UC3M 2009 3CCE - Sesión 25

[A → ∞]β

1≈G

SiSo ·1

β≈

sε → 0

Aβ>>1

Aplicación lineal AO-IDEAL

Av→∞

Vo

+Vcc

Av→∞

Vi

-Vee

Gv≈1/β

vo = Av ⋅vid vid = 0 v+ = v-

Comportamiento Lineal Cortocircuito virtual

Realimentación negativaUC3M 2009 4CCE - Sesión 25

Aplicaciones lineales del amplificador operacional

ÍNDICE

• Amplificador inversor• Amplificador no inversor• Seguidor de tensión• Sumador inversor • Amplificador diferencial

5

• Amplificador diferencial• Conversor tensión-corriente• Conversor corriente-tensión• Filtro paso bajo / Integrador

UC3M 2009 CCE - Sesión 25

Amplificador inversor

• Cortocircuito virtual:v+=v-• i(R1)=i(R2)=i

Rvvv −

6UC3M 2009 CCE - Sesión 25

1

2

21 R

R

v

v

R

v

R

v

i

ooi −=⇒−

=

Amplificador no inversor

-

+vi

RR

vo

R2R1

• Cortocircuito virtual:v+=v-• i(R1)=i(R2)=i

Rvv

7UC3M 2009 CCE - Sesión 25

1

2

21

11 1··R

R

v

v

RR

vRiRv

i

ooi +=⇒

+==

Seguidor de tensión

• Cortocircuito virtual:v+=v- 1=⇒=i

oio

v

vvv

∞→R

8UC3M 2009 CCE - Sesión 25

⇒

→

∞→

0o

i

R

RADAPTADOR DE IMPEDANCIAS

Sumador inversor

• Cortocircuito virtual:v+ = v -= 0• i(RF) = i(R1) + i(R2)…+ i(Rn)

9UC3M 2009 CCE - Sesión 25

++−=⇒++=

−n

n

FFFo

n

n

F

o vR

Rv

R

Rv

R

Rv

R

v

R

v

R

v

R

v...... 2

2

1

12

2

1

1

Amplificador diferencial

• Superposición+

-

V

R1

Vo

V1

R2

+V2

Vo

R1

R2

21 vovoo vvv +=

12

1v

R

Rv

vo−=

( )R

10UC3M 2009 CCE - Sesión 25

1

11

vR

vvo

−=

2

1

22

21

2

1

2

2···1 v

R

Rv

RR

R

R

Rv

vo=

+

+=

( )12

1

2 vvR

Rvo −=

Conversor corriente-tensión

iRv ·−= FFo iRv ·−=

11UC3M 2009 CCE - Sesión 25

Circuito acondicionamiento fotodiodo

Filtro paso bajo/integrador

vi

R1

R2

C

-

+

viZ1

Z2

vo

i-=0

i+=0

i

• Cortocircuito virtual:v+=v-• i(Z1)=i(Z2)=i

-

+

vivo

+

CRj

R

R

R

CRj

R

Z

Zj

v

v

i

o

2

1

2

1

2

2

1

2

1

1)(

ω

ωω

+

−

=+

−=−=CR

c

2

1=ωPolo:

|vo/vi(jωωωω)|(dB) ∠∠∠∠vo/vi(jωωωω)(º)

12UC3M 2009 CCE - Sesión 25

20log(R2/R1)

ωωωωc ωωωω(rad/s)

180º

ωωωωc ωωωω(rad/s)ωωωωc/10 10ωωωωc

-20dB/dec-45º/dec

90º

135º

Aplicaciones NO lineales del amplificador operacional

ÍNDICE

• Circuitos con diodosLimitadores y rectificadores de precisión

• Circuitos comparadores• Comparador con histéresis• Oscilador de relajación

13

• Oscilador de relajación

UC3M 2009 CCE - Sesión 25

Aplicaciones No LinealesAplicaciones No Linealesdel Amplificador Operacional

Circuitos con diodosLimitadores y rectificadores Limitadores y rectificadores

de precisión

Problema a resolver con rectificadores de precisión

Vo

Vi

Vo

Vγγγγ

0 200 400 600 800 1000

UC3M 2009 15CCE - Sesión 25

Limitador básico (por analogía)

Vo

Vo

Diodo OFFDiodo ON

Vi

-Vγγγγ

-Vγγγγ

ViVγγγγ/Av

Diodo OFFDiodo ON

UC3M 2009 16CCE - Sesión 25

Otros limitadores

Vo

Diodo ONDiodo OFFVo

Vi

Vi

Diodo OFF

Diodo ON

Vr

Vr

UC3M 2009 17CCE - Sesión 25

Rectificador de media onda

VoD1 OFF D2 ON

D1 ON D2 OFF

Vi

UC3M 2009 18CCE - Sesión 25

Análisis típico

UC3M 2009 19CCE - Sesión 25

Rectificador de media onda

UC3M 2009 20CCE - Sesión 25

Rectificador de onda completa

UC3M 2009 21CCE - Sesión 25

Rectificador de onda completa

UC3M 2009 22CCE - Sesión 25

Aplicaciones No LinealesAplicaciones No Linealesdel Amplificador Operacional

Comparador con histéresisOscilador de relajaciónOscilador de relajación

A.O. como comparador

V

Vid

Vo

+Vcc

-Vcc

UC3M 2009 24CCE - Sesión 25

Comparador no inversor

Vo

Vi

Vo

+Vcc

-Vcc

UC3M 2009 25CCE - Sesión 25

Comparador inversor

Vo

Vi

Vo

+Vcc

-Vcc

UC3M 2009 26CCE - Sesión 25

Comparador con una referencia

Vo

Vi

+Vcc

+Vref

-Vcc

UC3M 2009 27CCE - Sesión 25

Ídem referencia negativa

Vo

Vi

+Vcc

-Vref

-Vcc

UC3M 2009 28CCE - Sesión 25

Comparador con HistéresisVo

+Vcc

Vi

-V

-Vr +Vr

-Vcc

Vr=β·Vcc21

1

RR

R

+=β

UC3M 2009 29CCE - Sesión 25

Oscilador de relajación

+Vcc

+Vr

-Vr

-Vcc

-Vr

Vr=β·Vcc21

1

RR

R

+=β

UC3M 2009 30CCE - Sesión 25

Temporización (Frecuencia de Oscilación)

+Vcc

+Vr

+Vcc

+Vr

-Vcc

+Vr

-Vr

-Vcc

+Vr

-Vr

t t

+==

2

121

21ln

R

RRCtt

21 RRsi =

-V

t1 t2

RCRCtT 2,23ln22 2 ≈==

UC3M 2009 31CCE - Sesión 25

Histéresis con Umbral VRVo

+Vcc

Vi

-V

VR-Vr VR+VrVR

-Vcc

VccRR

RVr

21

1

+=refR V

RR

RV

21

2

+=

UC3M 2009 32CCE - Sesión 25

Comparador con histéresis NO inversor

Vo

+Vcc

Vi

+Vcc

-Vr +Vr

-Vcc

Vr=β·Vcc2

1

R

R=β

UC3M 2009 33CCE - Sesión 25

Aplicaciones No LinealesAplicaciones No Linealesdel Amplificador Operacional

Otros circuitos ComparadoresGenerador de onda triangularGenerador de onda triangular

Otros circuitos comparadoresHistéresis con umbral VR (II)

UC3M 2009 35CCE - Sesión 25

Otros circuitos comparadoresComparador con histéresis generalizado

UC3M 2009 36CCE - Sesión 25

Otros circuitos comparadores(Limitación del rango de salida)

UC3M 2009 37CCE - Sesión 25

Otros circuitos comparadoresHistéresis asimétrica

UC3M 2009 38CCE - Sesión 25

Generación de pulsos

UC3M 2009 39CCE - Sesión 25