AMPLIFICADOR OPERACIONAL

HISTORIA

ESTRUCTURA INTERNA

EXTRUCTURA EXTERNA

CARACTERISTICAS

MODELO IDEAL

MODELO REAL

HISTORIA

Fue inventado por el señor George Philbrick que trabaja en los Huntington Engeneering Labs. Lo introdujo al mercado en 1948.

Entre los años de 1964 y 1967 Fairchild desarrollo los amplificadores operacionales en circuitos integrados 702,709 y 741, mientras que National Semiconductor introdujo el 101/301

Estos amplificadores de circuito integrado revolucionaron algunas áreas de la electrónica por su tamaño pequeño y costo bajo.

La idea principal de estos "operacionales" originales era la de ser utilizados en computadoras analógicas, para sumar, restar, multiplicar y realizar operaciones más complejas.

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL

ESTRUCTURA INTERNA DE UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL.

1. ETAPA AMPLIFICADORA DE ENTRADA DIFERENCIAL Y SALIDA DIFERENCIAL: Define las características de entrada del AO. Suele ser un AD (Amplificador diferencial) basado:

En transistores bipolares simples o en montaje Darlington para disminuir las corrientes de entrada. Transistores FET que aumentan la impedancia de entrada.

2. UNA SEGUNDA ETAPA DE ENTRADA DIFERENCIAL Y SALIDA ASIMÉTRICA:

Aumenta la ganancia diferencial y adapta los niveles de continua para acoplar la salida a la siguiente etapa.

3. UNA ETAPA INTERMEDIA:

Provee ganancia de potencia y adapta los niveles de continua. Además, limita el ancho de banda total del amplificador en bucle abierto que garantiza su estabilidad. Suele consistir en un amplificador en emisor común.

4. UNA ETAPA DE SALIDA:

Suele ser un amplificador de corriente que disminuye la impedancia de salida para poder alimentar cargas relativamente bajas con protección contra sobre-corriente.

ETAPA DE ENTRADA.

ETAPA DE SALIDA.

ETAPA DE SALIDA MEJORA EN LAS PRESENTACIONES DEL AMPLIFICADOR CLASE B.

ESTRUCTURA EXTERNA.

PINES DE UN AMPLIFICADOR OPERCIONAL.

La distribución de los terminales del Amplificador operacional en el Circuito integrado DIP de 8 pines es:

pin 2: entrada inversora ( - ) pin 3: entrada no inversora ( + ) pin 6: salida (out)Para alimentar un amplificador operacional se utilizan 2 fuentes de tensión: una positiva conectada al pin 7 y otra negativa conectada al pin 4

CARACTERISTICAS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

.- La impedancia de entrada es muy alta, del orden de megohms..- La impedancia de salida Zout es muy baja, del orden de 1 ohm.- La ganancia es muy alta, del orden de 10^5 y mayor..- En lazo cerrado, las entradas inversora y no inversora son prácticamente iguales.

RESPUESTA EN FRECUENCIA

Varios tipos de amplificadores operacionales de propósito general y especialización están compensados internamente; el fabricante ah instalado dentro de dichos dispositivos un pequeño capacitor, por lo común de 30pF, Este capacitor de compensación interna de frecuencia impide que el amplificador operacional oscile a altas frecuencias.

CURVA DE RESPUESTA EN FRECUENCIA

ANCHO DE BANDA EN PEQUEÑA SEÑAL

VELOCIDAD DE RESPUESTA

La velocidad de respuesta de un amplificador operacional indica lo rápido que puede cambiar su voltaje de salida. Para un amplificador operacional de propósito general como el 741, la máxima velocidad de respuesta es 0.5V/s. Esto significa que el voltaje de salida puede cambiar un máximo de 0.5 V en 1 s. La velocidad de respuesta depende de muchos factores: la ganancia del amplificador, los capacitores compensadores e incluso si el voltaje de salida positivo o negativo se esta haciendo positivo o negativo. El peor caso o la velocidad de respuesta mas lenta ocurre para la ganancia unitaria.

TIEMPO DE PROPAGACION

Suponga que una señal Ei se aplica a la entrada de un comparador. Habrá un intervalo medible para que la señal se propague a través de los transistores del comparador. Después de este intervalo de tiempo, la salida inicia su cambio. Dicho intervalo se denomina tiempo de respuesta, tiempo de transito o retardo de propagación.Antes de aplicar la señal, el comparador esta en saturación. Esto significa que algunos de sus transistores internos contienen una excesiva cantidad de carga. El tiempo requerido para limpiar esa carga es el principal responsable del retardo de propagación.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL

.- El voltaje de salida del amplificador, V0, es siempre proporcional a la diferencia entre los voltajes de entrada, V1 y V2, esto es V0 = A(V2-V1).- El factor de amplificación de voltaje A es muy alto, idealmente infinito, e independiente de la frecuencia. Se supone además que el amplificador está libre de las inestabilidades ocasionadas por la elevada ganancia. .- La resistencia de entrada medida entre los dos terminales de entrada, Ri, es muy alta e idealmente se puede considerar infinita..- La resistencia de salida, R0, es muy baja y se aproxima a cero.

CIRCUITO EQUIVALENTE IDEAL

AMPLIFICADOR OPERACIONAL REAL

.- El amplificador operacional real no es otra cosa que el comportamiento verdadero de un amplificador, ya que el amplificador ideal se basa en un concepto que no se ha podido alcanzar debido a las limitaciones que se tienen en cuanto a tecnología actual..- Este comportamiento no ideal hace que debamos ver que sucede en el amplificador cuando van variando las distintas características que consideramos ideales.

CARACTERISTICAS

.- La ganancia de un operacional no es infinita, por lo que siempre estaremos limitados a un valor máximo, en unas ciertas condiciones, que nos dará el fabricante..- Otro punto que ha de tenerse en cuenta es que la tensión de salida nunca llega a ser la tensión de alimentación, debido a que se produce la saturación de los transistores internos, cuya caída de tensión entre colector-emisor nunca será cero. (siempre habrá una amplificación)..- La impedancia de entrada, tampoco es infinita. .- No puede soportar cualquier frecuencia, si es muy elevada no realizará ninguna amplificación.

.- Se genera ruido en el interior de un amplificador operacional cuando se trabaja con pequeñas señales, lo que nos limitará los niveles mínimos de tensiones de entrada.

.- La impedancia de salida del amplificador operacional no es cero, siempre se tiene impedancia aunque en ocasiones llegue a ser muy baja.

CARACTERISTICAS

V

CIRUITO EQUIVALENTE REAL

LAZO ABIERTO

Lazo Abierto: Si no existe realimentación la salida del A.O. será la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000 (que se considera infinito en cálculos con el componente ideal) Por lo tanto si la diferencia entre las dos tensiones de 1V la salida debería ser de 100.000V. Debido a la limitación que supone no poder entregar mas tensión de la que hay en la alimentación, el AO. Que da saturado.

LAZO CERRADO

Se conoce como lazo cerrado a la realimentación en un circuito.