9. El amplificador operacional .

9.1 Introduccin .

El concepto de amplificador tiene que ver con l capacidades de un circuito en aumentar ya sea la tensin, la corriente o ambas. Un amplificador se puede representar por dos circuitos :

Entrada : Representa la carga que ve el generador o fuente . El circuito equivalente esta compuesto por una impedancia, denominada impedancia de entrada. En general se desea que Ze sea grande .

Salida : El circuito de salida esta compuesto por :

- Un generador que depende de la tensin de entrada multiplicada por una constante A la cual representa el factor por el cual se multiplica la entrada para producir la salida .

- Una impedancia que representa las perdida de amplificador. En general se desea que Ze sea pequea.

Un amplificador se puede disear usando diferentes componentes y montajes, los cuales tienen en comn un componente central, denominado componente activo, que posee fuentes que dependen del valor de la entrada. Un componente muy utilizado como amplificador es el amplificado operacional .

9 . 2 Caractersticas .

Un amplificador operacional es un circuito amplificador con una ganancia muy elevada. Las caractersticas de un amplificador operacional considerado como ideal son :

A continuacin se analizan varios circuito con amplificadores operacionales, donde se considera este como ideal .

9 . 3 Amplificador inversor .

Sea el siguiente circuito:

El circuito equivalente es:

9 . 4 Amplificador no inversor .

Sea el siguiente circuito:

El circuito equivalente es:

9 . 5 Sumador .

Sea el siguiente circuito:

Usando el teorema de superposicin se encuentra:

VS = - . e1 - . e2 - . e39 . 6 Derivador .

Sea el siguiente circuito:

El circuito equivalente es:

9 . 7 Integrador .

Sea el siguiente circuito:

El circuito equivalente es:

9 . 8 El amplificador operacional no ideal .

Aunque para las mayora de las aplicaciones se supone el amplificador operacional como ideal, hay casos en que se deben tomar en cuenta las caractersticas reales de mismo. Las principales son:

Voltaje diferencial de entrada .

Ganancia finita

Tiempo de subida

Voltaje diferencial de entrada .

El voltaje diferencial de entrada VD, cuyo valor se encuentra entre 2 y 6mV puede causar problemas cuando se desea amplificar seales con magnitudes de ese orden. La mayora de los amplificadores operacionales permiten la compensacin de este valor. Por ejemplo, el circuito de compensacin de VD Del amplificador operacional 741 es el siguiente:

Ganancia finita .

La ganancia de los amplificadores operacionales no es infinita y su valor depende de la frecuencia. El grafico de la ganancia en funcin de la frecuencia de un amplificador operacional tpico es el siguiente:

Por ejemplo, el amplificador operacional 741 posee los siguientes valores (Vase la grafica: a) :

Ao = 200.000

fa = 5Hz

ft =1MHz

Tiempo de subida

El tiempo de subida representa la rapidez con la cual responde un amplificador operacional. Se define como en la grafica: b, y su valor se puede calcular por medio de la relacin:

9.9 El comparador .

Un comparador es un circuito que produce una indicacin del estado relativo de dos entradas. El circuito bsico y la caracterstica se muestran a continuacin .

El amplificador operacional 741 puede ser utilizado como comparador, aunque su tiempo de respuesta es muy largo. Cuando se necesita mayor rapidez se puede utilizar el LM301, LM311 o LM339 .

Ejemplo: El siguiente circuito representa un detector de nivel. La tensin Vi es preposicional a una seal fsica (temperatura, flujo, presin, etc) y se desea que el led D2 se encienda cuando Vi llegue a un cierto valor . Si V_( Vref ( VS = Vcc; EL led D2 permanece apagado .

Si V_( Vref ( VS = 0; EL led D2 se enciende .

El valor de Vi que produce el cambio es :

Vi ( Vref .

Ze

Ze

A .Ve

Ze

Ve

+Vcc

A = (

Ze = (

Zs = 0

VD = 0

A .Ve

Ze

Zs

V+

V-

-Vcc

V5

VD

R2

+

VS

Ve

R1

i

R1

R2

Ve = R1 x i

VS = - . Ve

VS = R2 x i

R2

VS

R1

Ve

R

R

+

V

V

R1

R1 + R2

V5

VS = Ve .

R2

R

Vt

V1

V2

V3

VS

R

R1

R2

R3

+

R

R2

R

R3

R

R1

C

Ve

VS

R

+

Ve = C-1(i . dt

VS = - RC .

VS = -R . i

VS

R

Ve

C

i

dt

d(Ve)

R

Ve

C

+

VS

VS = - C-1(i . dt

VS = - RC-1 (Ve . dt Ve = R . i

i

R

Ve

VS

C

2

1

5

6

3

10k

-Vcc

+

VS

Grafica: a

Ao 105

104

102

1

F(Hz)

ft

fa

Tr =

ft

0,35

V

SALIDA

ENTRADA

Grafica: b

90%

t

10%

Tr

Vcc

V

VS

+

V

D

p

Vn

o

V

D

-Vcc

Vcc

+

R2

R1

R3

VS

D2

D1

Vi

R1

R1 + R2

V

D

6

5

2

3

1

V

n