amplificador diferenciador
DESCRIPTION
amplificadores operacionalesTRANSCRIPT
2.3.1. Amplificador de instrumentación.2.3.2. Amplificador detransconductancia.2.3.3. Amplificador aislador.2.3.4. Amplificador sintonizado.2.3.5. Convertidor voltaje a corriente ycorriente a voltaje.2.3.6. Convertidor voltaje a frecuencia yfrecuencia a voltaje.2.3.7. Convertidores DAC y ADC.2.4. Aplicaciones no lineales.2.4.1. Rectificadores de precisión.2.4.2. Amplificador multiplicador.2.4.3. Amplificador divisor.2.4.4. Amplificador logarítmico.2.4.5. Amplificador exponencial.
§Conversor de corriente a tensión[editar]
El conversor de corriente a tensión, se conoce también como Amplificador de transimpedancia, llegada a este una corriente (Iin), la transforma en una tensión proporcional a esta, con una impedancia de entrada muy baja, ya que está diseñado para trabajar con una fuente de corriente.
Con el resistor R como factor de proporcionalidad, la relación resultante entre la corriente de entrada y la tensión de salida es:
Su aplicación es en sensores, los cuales no pueden ser activados, con la poca corriente que sale de algún sensor , por lo que se acopla un A.O. que usa la poca corriente entregada, para dar salida a una tensión (Vout)
§Función exponencial y logarítmica[editar]
El logaritmo y su función inversa, la función exponencial, son ejemplos también de configuraciones no lineales, las cuales aprovechan el funcionamiento exponencial del diodo, logrando una señal de salida proporcional al logaritmo o a la función exponencial a la señal de entrada.
La señal de entrada, desarrollará una corriente proporcional al logaritmo de su valor en el diodo en aproximación. Ello, en conjunto con la resistencia de salida R, la dependencia de la tensión de salida(Vout) como producto de la tensión de entrada(Vin) es:
Los factores n y m, son factores de corrección, que se determinan por la temperatura y de los parámetros de la ecuación del diodo.
Para lograr la potenciación, simplemente se necesita cambiar la posición del diodo y de la resistencia, para dar lugar a una nueva ecuación, esta ecuación también acompañada por los factores de corrección n y m, muestra la siguiente dependencia de la tensión de salida con relación a la de entrada:
En la práctica, la realización de estas funciones en un circuito son más complicadas de construir, y en vez de usarse un diodo se usan transistores bipolares, para minimizar cualquier efecto no deseado, como es, sobre todo, la temperatura donde se trabaja. No obstante queda claro que el principio de funcionamiento de la configuración queda inalterado.
En la realización de estos circuitos también podrían hacerse conexiones múltiples, por ejemplo, en el amplificador antilogarítmico las multiplicaciones son adiciones , mientras que en el logarítmico, las adiciones son multiplicaciones. A partir de ello, por ejemplo, se podrían realizar la combinación de dos amplificadores logarítmicos, seguidos de un sumador, y a la salida, un
antilogarítmico, con lo cual se habría logrado un multiplicador analógico, en el cual la salida es el producto de las dos tensiones de entrada.
§Convertidor Digital-Analogico (R-2R)[editar]
Cualquiera de las entradas ve una Si entonces
Si entonces
§Aplicaciones[editar]
Calculadoras analógicas Filtros Preamplificadores y buffers de audio y video Reguladores Conversores Evitar el efecto de carga Adaptadores de niveles (por ejemplo CMOS y TTL)
Amplificador de instrumentaciónDe Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a: navegación, búsqueda
Un amplificador de instrumentación es un dispositivo creado a partir de amplificadores operacionales. Está diseñado para tener una alta impedancia de entrada y un alto rechazo al modo común (CMRR). Se puede construir a base de componentes discretos o se puede encontrar encapsulado (por ejemplo el INA114).
La operación que realiza es la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor.
Su utilización es común en aparatos que trabajan con señales muy débiles, tales como equipos médicos (por ejemplo, el electrocardiógrafo), para minimizar el error de medida.
§Estructura[editar]
En la siguiente figura se muestra la estructura de un amplificador:
Esquemático de un amplificador de instrumentación.
Al existir realimentación negativa se puede considerar un cortocircuito virtual entre las entradas inversora y no inversora (símbolos - y + respectivamente) de los dos operacionales. Por ello se
tendrán las tensiones en dichos terminales y por lo tanto en los extremos de la resistencia
Así que por ella circulará una corriente Y debido a la alta impedancia de entrada del A.O., esa corriente será la misma que atraviesa las resistencias
Por lo tanto la tensión que cae en toda la rama formada por
será:
Simplificando: Que será la DIFERENCIA de tensión entre la salida inmediata de los dos A.O. 's (justo antes de las ). Puesto que el resto del circuito es un restador de ganancia la unidad (R2=R3) su salida será exactamente la diferencia de tensión de su entrada(sin añadir ganacia), la cual se acaba de definir.
Nótese como se ha simplificado la expresión dando valores iguales a las resistencias R2 y R3.En caso de que las resistencias no sean iguales, la ganancia total del amplificador de
instrumentación será:
En circuitos integrados suele encapsularse todo excepto la resistencia Rg para poder controlar la ganancia. También puede sustituirse la conexión a tierra por otra a una tensión dada.
§Aplicaciones[editar]
Para acondicionar la salida de un puente de Wheatstone. Para amplificar señales eléctricas biológicas (por ejemplo en electrocardiogramas). Como parte de circuitos para proporcionar alimentación a corriente constante. En fuentes de alimentación.
El amplificador de transconductancia
Descripción y modelado
Los amplificadores de transconductancia tienen anchos de banda significativamente mayores, pueden integrarse fácilmente y ajustarse electrónicamente mediante el cambio de una intensidad de polarización.
Un amplificador operacional de transconductancia ideal (OTA) se representa por el símbolo de la Fig. 1.9 y viene descrito por:
(1.27)
Otra diferencia respecto a los amplificadores operacionales es que mientras que la utilización de estos en aplicaciones lineales está vinculada al uso de realimentación, en los transconductores no se aplica realimentación.
Efectos no ideales del amplificador de transconductancia
Cuando se diseñan filtros debe tenerse en cuenta que el OTA real tiene impedancia de entrada y salida finitas (debidas a los parásitos) como se indica en la Fig. 1.10. En muchas aplicaciones no es la dependencia de gm con la frecuencia la que impone limitaciones al funcionamiento de los filtros sino las constantes de tiempo impuestas por las impedancias de entrada y salida junto con los efectos de carga.
Otros efectos que limitan drásticamente el comportamiento son la no-linealidad y la alta variabilidad de la transconductancia gm. Estas limitaciones se hacen críticas debido a que la transconductancia interviene en el comportamiento de primer orden de los circuitos basados en OTAs. Para paliar los problemas de linealidad han de usarse estructuras de linealización que extiendan el rango de tensiones de entrada sobre un rango suficientemente amplio. Para paliar los problemas de la variabilidad se utilizan esquemas de control basados en la modificación de la transconductancia a través de una cierta intensidad.
Amplificador de aislamientoDe Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a: navegación, búsqueda
Símbolo básico del amplificador de aislamiento.
El Amplificador de aislamiento es un tipo de amplificador diseñado para aislar eléctricamente dos circuitos entre sí, pero permitiendo el paso de información entre ellos.
Esto, aparentemente contradictorio, es útil cuando los dos circuitos están alimentados a tensiones muy diferentes, tienen una referencia diferente, para aplicaciones de electrónica biomédica o simplemente están alejados.
§Técnicas para aislar[editar]
Capacitivas Inductivas (por ejemplo con transformadores) Ópticas (por ejemplo con optoacopladores)
Todas ellas tienen diferentes respuestas en lo que respecta al ancho de banda, tensiones máximas que admiten, etc.
§Características[editar]
VISO: es la máxima diferencia de tensión que puede haber entre las dos masas de los dos circuitos ZISO: barrera de aislamiento
Convertidor tensión a corriente con amplificador operacional
Convertidorvoltaje a corriente
A veces es deseable poder disponer de una corriente proporcional a una tensión cualquiera dada.
Si se utiliza la ley de Ohm se podría lograr un convertidor tensión corriente. Ver la fórmula: I = V/R, donde la relación entre la corriente y la tensión está dada por 1/R. Pero en este caso la corriente dependerá de la resistencia de carga.
Lo ideal sería tener una fuente de corriente con la capacidad de entregar una corriente constante, sin importar la carga que se le ponga. (característica de impedancia de salida infinita.)
Convertidor tensión a corriente con carga flotante
El siguiente circuito tiene una impedancia de salida muy alta (se puede suponer infinita). La corriente de salida tiene un valor dado por: I = Vin/R. Si la tensión de entrada Vin cambia, la corriente también, sin importar el valor de RL.
Este convertidor tensión corriente (gráfico de la derecha) tiene la desventaja de que los dos terminales de la carga “flotan”, ya que ninguno de los terminales de salida está a tierra.
En el circuito siguiente, este problema se ha eliminado.
Convertidor tensión a corriente con carga aterrizada
Suponiendo que una tensión desconocida (V) exista entre los puntos 1 y 2, la realimentación que tiene el circuito, mantiene estos puntos al mismo potencial (a la misma tensión).
Con los datos que se tienen se pueden obtener las corrientes en la resistencia R1 y R2 del lado izquierdo de los puntos 1 y 2 y la tensión en el punto 3. (ver el gráfico)
Con ésto se obtienen todas las corrientes que entran en el punto 3. La corriente en la carga RL será: Vin/R donde R = 1K.
Convertidores de frecuencia a voltaje Los convertidores de frecuencia a voltaje son circuitos integrados que convierten un voltaje de entrada análogo en un tren de pulsos cuya frecuencia de salida es proporcional al nivel de entrada. Se utilizan en aplicaciones de conversión análogo a digital donde la velocidad no es un factor crítico, también operan como convertidores de frecuencia a voltaje y pueden ser utilizados como convertidores de señales digitales a análogas de baja frecuencia. Dentro de los convertidores de señales de voltaje a frecuencia o de frecuencia a voltaje se encuentran:
LM2907 de National semiconductor AD650 de Analog Devices VFC32 de Burn Brown XR4151 de Exar
A continuación se muestra una aplicación típica del LM 2907 como convertidor de frecuencia a voltaje:
En este enlace se encuentra la nota de aplicacion AN162 para los cálculos de los valores de R1,R2,C1 y C2.
http://www.national.com/an/AN/AN-162.pdf
CONVERTIDOR DE FRECUENCIA A VOLTAJE LM2907 / LM2917
Descripción General
La serie LM2907, LM2917 comprende convertidores de frecuencia a voltaje monolíticos con un Amplificador Operacional / Comparador de alta ganancia diseñado para operar un relé, lámpara u otra carga cuando la frecuencia de entrada alcanza o excede un intervalo. El tacómetro usa una técnica de bomba de carga y ofrece conversión de frecuencia con un bajo rizado, protección de entrada total en dos versiones (LM2907-8, LM2917-8) y salida balanceada a tierra para una frecuencia de entrada cero.
Salida balanceda para una frecuencia de entrada cero Fácil de usar: VOUT = fIN x VCC x R1 x C1 Una red RC proporciona la conversión de frecuencia Zener regulador en el chip permite exactitud y estabilidad en la frecuencia para la
conversión de voltaje a corriente (LM2917)
COMO USARLO
Convertidor De Frecuencia A Voltaje Básico.
La operación de la serie LM2907, LM2917 se comprende mejor si se observa el convertidor básico mostrado en la figura 1.
En esta configuración, una señal de frecuencia se aplica a la entrada de la bomba de carga en el pin 1.
El voltaje que aparece en el pin 2 oscilará entre los dos valores los cuales son aproximadamente ¼ (VCC) –VBE y ¾ (VCC) –VBE.
El voltaje en el pin 3 tendrá un valor igual a fIN x VCC x R1 x C1 * K, donde K es la constante de ganancia (normalmente 1.0).
La salida del emisor (pin 4) está conectada a la entrada inversora del amplificador operacional de tal modo que el pin 4 seguirá el pin 3 y proporcionará una salida de voltaje proporcional a la frecuencia de entrada. La linealidad de este voltaje es típicamente menor que el 0.3% de la escala total.
Elección de R1, C1 y C2
Existen algunas limitaciones en la elección de R1, C1 y C2 (figura 3) las cuales deberían de considerarse para una realización óptima. C1 también proporciona una compensación interna para la bomba de carga y deberá de ser elegido mayor de 100pF. Valores más pequeños pueden causar una corriente errónea en R1, especialmente a temperaturas bajas. Se deben seguir tres consideraciones para elegir R1.
Primero, la salida de corriente en el pin 3 se fija internamente y por tanto V3max, dividido por R1, debe de ser menor o igual a este valor, por tanto:
Donde:
V3max es la salida del voltaje de salida de máxima escala requerido.
I3max está determinada de la hoja de datos (150mA)
Segundo, si R1 es muy grande, ésta puede llegar a ser una fracción significativa de la impedancia de salida en el terminal 3 la cual degrada la linealidad.
Finalmente, el voltaje de rizo debe de ser considerado, y el tamaño de C2 se ve afectado por R1. Una expresión que describe el contenido de este rizado en el terminal 3 para una sencilla combinación de R1 y C2 es:
C1 se selecciona de acuerdo con:
Finalmente para determinar C2 con el rizado máximo que puede aceptarse:
Ejemplo de diseño:
Se requiere un voltaje máximo de salida de 10 Volt, Vcc= 12 Volt, Fin máx= 1 KHz, Fmín = 10Hz, Vrizado = 0,05 Volt.
Cálculo de R1:
R1>V3max/I3min donde I3min= 0,00015 A (Del dataste) y V3max = 10 V
R1>10/0,00015 A R1 > 66,66 K ( Se selecciona R1 = 100 K, valor comercial)
Cálculo de C1:
C1 = V3 max/(R1*Vcc*fmax) C1 = 10/(100K*12*1K) = 8,3 nF
Cálculo de I2:
I2= fin*C1*Vcc I2= 1KHz*8,3nF*12V = 0,0996 mA
Cálculo de C2:
C2=(Vcc/2)*(C1/Vripple)*(1-Vcc*fin*C1/R1)
C2 = (12/2)*(8,3nF/0,05V)*(1-12*10Hz/100Kohm) =0,0000001 F
Convertidor Digital - Analógico (CDA - DAC)Convertidor
Digital - Analógico
Boletín de Novedades
Correo Gratis
En el mundo real las señales analógicas varían constantemente, pueden variar lentamente como la temperatura o muy rápidamente como una señal de audio.
Lo que sucede con las señales analógicas es que son muy difíciles de manipular, guardar y después recuperar con exactitud.
Si esta información analógica se convierte a información digital, se podría manipular sin problema. La información manipulada puede volver a tomar su valor analógico si se desea con un DAC (convertidor Digital a Analógico)
Un DAC contiene normalmente una red resistiva divisora de tensión, que tiene una tensión de referencia estable y fija como entrada.
Hay que definir que tan exacta será la conversión entre la señal analógica y la digital, para lo cual se define la resolución que tendrá.
En la siguiente figura se representa un convertidor Digital - Analógico de 4 bits. cada entrada digital puede ser sólo un "0" o un "1". D0 es el bit menos significativo (LSB) y D3 es el más significativo (MSB).
El voltaje de salida analógica tendrá uno de 16 posibles valores dados por una de las 16 combinaciones de la entrada digital.
La resolución se define de dos maneras:
Primero se define el número máximo de bits de salida (la salida digital). Este dato permite determinar el número máximo de combinaciones en la salida digital. Este número máximo está dado por: 2n
donde n es el número de bits.
También la resolución se entiende como el voltaje necesario (señal analógica) para lograr que en la salida (señal digital) haya un cambio del bit menos significativo.(LSB)
Para hallar la resolución se utiliza la siguiente fórmula:Resolución = VoFS / [2n - 1]
Donde:- n = número de bits del convertidor- VoFS = es el voltaje que hay que poner a la entrada del convertidor para obtener una conversión máxima (todas las salidas son "1")
Ejemplo:Se tiene un convertidor digital - analógico de 8 bits y el rango de voltaje de salida de 0 a 5 voltios.
Con n = 8, hay una resolución de 2N = 256 o lo que es o mismo: El voltaje de salida puede tener 256 valores distintos (contando el "0")
También: resolución = VoFS / [ 2n - 1] = 5 / 28-1 = 5 / 255 = 19.6 mV / variación en el bit menos significativo. Con n = 4 bits, se consiguen 2n = 16 posibles combinaciones de entradas digitales
La salida analógica correspondiente a cada una de las 16 combinaciones dependerá del voltaje de referencia que estemos usando, que a su vez dependerá del voltaje máximo que es posible tener a la salida analógica.
Si el voltaje máximo es 10 Voltios, entonces el Vref. (voltaje de referencia) será 10 / 16 = 0.625 Voltios.Si el voltaje máximo es 7 voltios, Vref = 7 / 16 = 0.4375 Voltios.
Se puede ver estos voltajes de referencia serán diferentes (menores) si se utiliza un DAC de 8 o más bits. Con el de 8 bits se tienen 256 combinaciones en vez de 16. Esto significa que el voltaje máximo posible se divide en mas partes, lográndose una mayor exactitud.
Si el Vref = 0.5 Voltios:
Se puede ver que mientras más bits tenga el convertidor más exacta será la conversión.
Si se tiene diferentes tipos de DAC y todos ellos pueden tener una salida máxima de 15 voltios, se puede ver que la resolución y exactitud de la salida analógica es mayor cuando más bits tenga. Ver siguiente cuadro:
Convertidor Digital - Analógico (CDA - DAC)Convertidor
Digital - Analógico
Boletín de Novedades
Correo Gratis
En el mundo real las señales analógicas varían constantemente, pueden variar lentamente como la temperatura o muy rápidamente como una señal de audio.
Lo que sucede con las señales analógicas es que son muy difíciles de manipular, guardar y después recuperar con exactitud.
Si esta información analógica se convierte a información digital, se podría manipular sin problema. La información manipulada puede volver a tomar su valor analógico si se desea con un DAC (convertidor Digital a Analógico)
Un DAC contiene normalmente una red resistiva divisora de tensión, que tiene una tensión de referencia estable y fija como entrada.
Hay que definir que tan exacta será la conversión entre la señal analógica y la digital, para lo cual se define la resolución que tendrá.
En la siguiente figura se representa un convertidor Digital - Analógico de 4 bits. cada entrada digital puede ser sólo un "0" o un "1". D0 es el bit menos significativo (LSB) y D3 es el más significativo (MSB).
El voltaje de salida analógica tendrá uno de 16 posibles valores dados por una de las 16 combinaciones de la entrada digital.
La resolución se define de dos maneras:
Primero se define el número máximo de bits de salida (la salida digital). Este dato permite determinar el número máximo de combinaciones en la salida digital. Este número máximo está dado por: 2n
donde n es el número de bits.
También la resolución se entiende como el voltaje necesario (señal analógica) para lograr que en la salida (señal digital) haya un cambio del bit menos significativo.(LSB)
Para hallar la resolución se utiliza la siguiente fórmula:Resolución = VoFS / [2n - 1]
Donde:- n = número de bits del convertidor- VoFS = es el voltaje que hay que poner a la entrada del convertidor para obtener una conversión máxima (todas las salidas son "1")
Ejemplo:Se tiene un convertidor digital - analógico de 8 bits y el rango de voltaje de salida de 0 a 5 voltios.
Con n = 8, hay una resolución de 2N = 256 o lo que es o mismo: El voltaje de salida puede tener 256 valores distintos (contando el "0")
También: resolución = VoFS / [ 2n - 1] = 5 / 28-1 = 5 / 255 = 19.6 mV / variación en el bit menos significativo. Con n = 4 bits, se consiguen 2n = 16 posibles combinaciones de entradas digitales
La salida analógica correspondiente a cada una de las 16 combinaciones dependerá del voltaje de referencia que estemos usando, que a su vez dependerá del voltaje máximo que es posible tener a la salida analógica.
Si el voltaje máximo es 10 Voltios, entonces el Vref. (voltaje de referencia) será 10 / 16 = 0.625 Voltios.Si el voltaje máximo es 7 voltios, Vref = 7 / 16 = 0.4375 Voltios.
Se puede ver estos voltajes de referencia serán diferentes (menores) si se utiliza un DAC de 8 o más bits. Con el de 8 bits se tienen 256 combinaciones en vez de 16. Esto significa que el voltaje máximo posible se divide en mas partes, lográndose una mayor exactitud.
Si el Vref = 0.5 Voltios:
Se puede ver que mientras más bits tenga el convertidor más exacta será la conversión.
Si se tiene diferentes tipos de DAC y todos ellos pueden tener una salida máxima de 15 voltios, se puede ver que la resolución y exactitud de la salida analógica es mayor cuando más bits tenga. Ver siguiente cuadro:
