clase so pam

7/23/2019 Clase So Pam

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AMPLIFICADOR OPERACIONAL AMP OP

-

+

+

+

+

-- -

e +e oe

- Entrada inversoraEntrada no inversora+

Tensiones en el amp op, e+y e-son tensiones de entrada, y

eoes la tensin de salida

e


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-+

+

+

+

-- -

CARACTERI!TICA! IDEALE! DEL AMP OP

e

+ =

ee

eK o

+e oe

El volta"e entre las terminales + y# vale $ero %tierra virtual o corto virtual

La $orriente entre + y# vale $ero & Impedancia de entrada infinita.

La impedancia de salida vale $ero.

Tiene 'na ganancia ( )'e tiende a infinito.

e

El volta"e entre las terminales + y# vale $ero %tierra virtual o corto virtual)

La $orriente entre + y# vale $ero & Impedancia de entrada infinita.

La impedancia de salida vale $ero.

Tiene 'na ganancia ( )'e tiende a infinito.

(


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-

++

+

+

-- -

*Por )' es tan importante el AMP OP

+e oe

El AMP OP ore$e 'na orma $onveniente de $onstr'ir, implantar o reali.ar

'n$iones de transeren$ia en el dominio de s o en el dominio del tiempo/

En sistemas de $ontrol se emplean a men'do para implantar

$ontroladores o0tenidos del pro$eso de dise1o del sistema de $ontrol/

Con el AMP OP es posi0le o0tener 'n$iones de transeren$ia de primer

orden o de orden s'perior/

e

(


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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP


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++= dt)t(eKdt)t(deK)t(eK)t(u IDp

Re2resemos al PID3 Cmo podemos o0tenerlo $on AMP OP

)s(E

s

K)s(sEK)s(EK)s(U IDp ++=


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COMPARADOR

0inV refVinV VoutVentonces,inVSi 100

VoutVentonces,inVSi 100

VoutVentonces,refVinVSi 10

VoutVentonces,refVinVSi 0


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Cara$ter4sti$as del AMP OP

Tensiones oset3 En los amplificadores reales aparecen en susalida tensiones del orden de decenas a centenas de milivotios en

ausencia de una seal de entrada.

Ca'sas: disimetras en la etapa diferencial

Modelo de las tensiones oeset: tensin off-set deentrada o Vos(input offset voltage)

*Cmo eliminar el oset Se usan potencimetros(offset null)


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Modelo de las $orrientes 0ias:IBIAS

*Cmo red'$ir el ee$to de la

$orriente 0ias Usando amplificadoresC!S o "E#$ en lugar de %.

Corriente 0ias o $orrientes de polari.a$in3Corriente necesaria para la operacin de un ' !.


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Par5metros de re$'en$ia3 os ' ! tienen altaganancia * un gran anc+o de ,anda- pero tienen tendencia a

inesta,ilidad (polos en el lado derec+o del plano compleo).

Cmo se $orri2e la inesta0ilidad: se utili/an t0cnicasde compensacin internas *1o e2ternas 3ue limitan su operacin: Un

capacitor para compensacin$ por eemplo$ puede provocar una

dr4stica reduccin de la frecuencia de corte..

Rela$in en el AMP OP: a ganancia multiplicada por lafrecuencia de corte es igual a la frecuencia f5$ siendo 0sta el anc+o de

,anda de ganancia unidad1fCfpK =



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!le6 rate3. 6eflea la capacidad del ' ! para manearseales varia,les en el tiempo. El S6 se define como la m42ima

variacin de la tensin de salida con el tiempo 3ue puede

proporcionar la etapa salida del '$ se mide en V1s.

Ee$to: Si +a* un e2ceso so,re el valor del S6$ el amplificadorpierde sus caractersticas de linealidad * provoca distorsin en laseal 3ue entrega.

t

oVSR

=



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!tros par4metros del ' !

Ran2o de tensin de entrada3. 42ima tensin de entrada. E:

57 V.

M57ima varia$in de ran2o de tensin de salida: o maximun

peak output voltage swing. 42ima tensin esperada a la salida

de el '$ si su alimentacin es de 58 V$ su m42ima tensin de

salida es apro2imadamente 9 5 V.

Resisten$ia y $apa$itan$ia de entrada3 (input resistance and

capacitance). 6esistencia * capacitancia e3uivalente de la/o

a,ierto vista a trav0s de los terminales de entrada del '. E

;* 5. ".Resisten$ia de salida3 resistencia de salida del ' 3ue puede

ser de unos


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!tros par4metros del ' !

Cons'mo de poten$ia3 otencia =C$ para una alimentacin de

unos 958 V$ su valor es de 8> m?.

Corriente de $orto$ir$'ito de salida3 Corriente m42ima de

salida limitada por el dispositivo de proteccin- e: ;8 m'.

8aria$in m57ima de la tensin de salida3 (output voltage

s@ing). Es la amplitud picoApico m42ima 3ue se puede conseguir

sin 3ue se produ/ca corte$ para VCC B 958 V$ 0sta es de 957 V

a 9 5 V.


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Comparacin de amplificadores

operacionales

ar4metro deal #ipo Velo/ %ao 6uido ;> ;8> 7>>Vdes (mV) > ; 5> 8

%? (F/) 5 eg G8 eg 5> egS6 (V1mseg) >.< 5>> 57C66 (d%) D> D> D>S66 (V1V) > 7> 7> 7>S66(d%) Hd%(V1V)I D> D> D>&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&


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Configuraciones ,4sicasTa0la 9/:3 Cara$ter4sti$as de las $oni2'ra$iones retroalimentadas

Amplii$ador no inversor Amplii$ador inversor

Rentrada

2 1R

GR

R Rmcen

F A+ RA

RsalidaR

R G

R R

sa

A

F A

1++

R

R G

R R

sa

A

F A

1++

An$;o

de


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A$ondi$ionamiento Lineal de

!e1ales3 Amplii$ador Inversor

L 8+ est5 $one$tada a tierra %8+&>?/

L %8+? %8-?&>, la terminal inversora %ne2ativa? esta al mismo

poten$ial )'e la no-inversora y se denomina3 tierra virt'al/

LLa $orriente I@ se en$'entra 'sando la ley de O;m/ La$orriente I@ l'ye solamente ;a$ia R:/ Esto es I@&I:/

L La resisten$ia presentada a 8i es R@/

L Enton$es3 %8-? & %8+? 8o & -%R:R@? 8i

5= Vi

65

; = Vo

6;

5= ; Vo =

6;

65

Vi

A di i i t Li l d


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!e1ales3

Amplii$ador !'mador!'mador InversorL %8+? esta $one$tado a tierra, o %8+?&>/

L De0ido a )'e %8-? & %8+?, la se1al inversora tiene 'n

poten$ial de $ero y se le denomina tierra virt'al/L Las $orrientes I@, I: e I9 se $al$'lan 'sando la ley de

O;m/

C5= V565

C; = V ;

6;

C7 = Vo

67

C7 = C5+ C; Vo = 67

6;V; +

67

65V5


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!e1ales

Amplii$ador No InversorL A;ora %8+? est5 $one$tada a 8i/L %8+? & %8-? & 8i

L De n'evo, la $orriente I@ se $al$'la 'sando la

ley de O;m/ I@ l'ye a travs de R: e I@&I:/L El $ir$'ito presenta 'na resisten$ia m'y

2rande a 8i

5= Vi65

; =Vi Vo

6;

5= ; Vo = 5+6;

65

Vi



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!e1ales

El amplii$ador dieren$ialL %8+? se o0tiene de la divisin de volta"es3 %8+? & BR:%R: + R@?8:

L Las $orrientes IA e I< se $al$'lan 'sando la ley de

O;m/

L IA & I< y %8+? & %8-?

L 8o se o0tiene de 'na s'0stit'$in sen$illa/

IA=V1 R2

R2+R1V2

R1

IB=

R2

R2+R1V2Vo

R2

IA=IBVo=R2

R1V2V1( )



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!e1ales3

Amplii$ador de Instr'menta$inL Este amplii$ador es 'na ;erramienta poderosa paramedir se1ales an5lo2as de 0a"o nivel )'e se ori2inan en

sensores remotos y )'e se transmiten a travs de 'n par

de alam0res/


34/88

Amplii$ador de Instr'menta$in

Inte2rado

sando 9 amplii$adores opera$ionales



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!e1ales3

Cir$'ito Inte2radorL %8+? est5 $one$tado a tierra, %8+? & >L Otra ve., %8-? & %8+? y la terminal inversora tiene 'n

poten$ial de $ero/

L IR se $al$'la 'sando la ley de O;m/ IR l'ye a travs

de C/ Esto es IR & I$/

IR=Vi

R

Ic= CdVo

dt

IR=IcVo=

1

RCVi()d


36/88

Convertidor de 8olta"e a Corriente

Convertidor del tipo 8-I %$ar2a

lotada?L %8+? esta $one$tado a 8i/

L %8-? & %8+?, de tal orma )'e la terminal inversora

tiene el mismo poten$ial )'e 8i/

L La $orriente a travs de R@ es IL/ La $orriente IL

no depende de la resisten$ia RL/

L Notar )'e la $ar2a esta lotada/


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Otro $onvertidor de 8olta"e a

Corriente

Convertidor 8-I $on $ar2a aterri.ada

L IL no depende de RL/ !lo depende de 8IN y 8REF/

L @R@ determina la$onstante de propor$ionalidad

entre 8 y I/

L Notar )'e la $ar2a esta reeren$iada a tierra/

IL= 1

R1VINVREF( )


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Convertidor de Corriente a 8olta"e

Convertidor I-8 inversor

L %8+? est5 $one$tado a tierra, o %8+? & >

L %8-? & %8+? & >, La terminal inversora es tierra

virt'alL I l'ye solamente a travs de R/

L R determina la $onstante de

propor$ionalidad entre la $'rriente y el

volta"e/


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Otro $onvertidor de $orriente a

volta"e

Convertidor I-8 no inversor

L !i R@ Rs, IL l'ye $asi totalmente a travs de Rs/


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A$ondi$ionamiento Lineal3 E"emplo

L sando Amp/ Opera$ionales, dise1ar el si2'iente

$ir$'ito aritmti$o3

Solucin

L sar 'n amplii$ador s'mador $on entradas 8i y

8olts, a"'star la 2anan$ia a 9/G y @, respe$tivamente/



41/88


!e1ales3

E"emploL Dise1ar 'n $ir$'ito $on Amp/ Opera$ional )'e ten2a

'na 2anan$ia de G: y )'e ten2a 'na resisten$ia de

entrada m'y 2rande/

Solucin

L sar la $oni2'ra$in no inversora, ya )'e posee la

in;erente $ara$ter4sti$a de s' resisten$ia de entrada

2rande/


42/88


!e1ales3 E"emploL Disear un circuito basado en amplificadores

operacionales que convierta un rango de

voltajes de 20 a 250 mV a un rango de 0 a 5 V.



43/88


!e1ales

E"emploL Dise1ar 'n $ir$'ito 0asado en amplii$adores

opera$ionales para $onvertir'n ran2o de se1ales de

BG to :> mA a 'n ran2o de volta"e de B> to @> 8/

Solucin.


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Amplii$adores Opera$ionales

ntroduccin a los amplificadores operacionales:

ndiceL ntroduccin

L 'plicaciones lineales ,4sicas

L 'daptador de nivelesL 'mplificadores de instrumentacin

L Conversin AV * VA

L =erivador e integrador

L 6esumen


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Introd'$$in

L Circuito integrado de ,ao coste

L ultitud de aplicacionesL nimo nKmero de componentes discretos necesarios:

M Resisten$ias

M $ondensadores.

L 'plicaciones: C4lculo analgicoConvertidores VA e AV

'mplificadores nstrumentacin

"iltros 'ctivosAmplifcadorOperacional

AO


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Con$eptos05si$os de AO

-

+ Vo

V1

V2

Vd

-

+

+Vcc

-Vcc

Vcc

Vcc

-VccVo+Vcc

'mplificador diferencial

#ensin de salida V>acotada

Amplificador de continua

Con$eptos 05si$os de AO %I?


47/88

Con$eptos 05si$os de AO %I?

Encapsulado:

Insercin SMD

Con$eptos 05si$os de AO %II?


48/88

Con$eptos 05si$os de AO %II?

Circuito e3uivalente real

-

+

Vo

V1

V2

Vd

0!"#d

0!"#d #c$+

+

-

-

Ad"Vd

Ac"Vc #o

#d% Impedancia deen&rada di'erencial

#c$% Impedancia deen&rada de modo com(n

#o% Impedancia de salida

Ad% )anancia di'erencial

Ac% )anancia de modocom(n

Vo*Ad"Vd+Ac"Vc

Vd*V2-V1

Vc*,V1+V2.2

Con$eptos 05si$os de AO %III?


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Con$eptos 05si$os de AO %III?

Circuito e3uivalente ideal

#d% Infni&a#c$% Infni&a

#o% /ula

Ad% Infni&aAc% nula

Vo*Ad"Vd

Vd*V2-V1

-VccVo+Vcc

#ensin de salida V>acotada

-

+

Vo

V1

V2

Vd

+

-

Ad"Vd

+Vcc

-Vcc

C t 05 i d AO %I8?


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Con$eptos 05si$os de AO %I8?

6ealimentacin negativa on Adfni&a

-

+ Vo

V1 V2

Vd

Vi

#2#1 i iVi+Vd=iR1

Vi-Vo=i(R1+R2)

Vo=AdVd

21

1d

1

2

i

o

RR

RA

11

1

R

R

V

V

+

+=

Con$eptos 05si$os del AO %8?


51/88

Con$eptos 05si$os del AO %8?

1

2

i

o

R

R

V

V=

on Adfni&a

on Adinfni&a

21

1d

1

2

i

o

RR

RA

11

1

R

R

V

V

+

+

=

'mplificador de ganancia negativa

-

+ Vo

V1 V2

Vd

Vi

#2#1

Con$eptos 05si$os de AO %8I?


52/88

Con$eptos 05si$os de AO %8I?

6ealimentacin negativa

A

N Vo

V5V

;

VdVi

6;65

0Vd=

Con 'dfinita

Con 'dinfinita

++

+

=

21

1d

21

2id

RRRA

11

11

RR

RVV

#ensin diferencial nula VdB>- V5BV;

Con$eptos 05si$os de AO %8II?


53/88

Con$eptos 05si$os de AO %8II?

La tensin dieren$ial n'la 8d&> %8@&8:? y s' modo de

'n$ionamiento es linealsi3

AE7iste 'n $amino de $ir$'la$in de $orriente entre

la salida y la entrada inversora

AEl valor de la tensin de salida , 8o, no so0repasalos limites de la tensin de alimenta$in, H8$$

En $aso $ontrario3A8d> y por tanto s' modo de 'n$ionamiento es no

lineal

Con$eptos 05si$os de AO %8III?


54/88

Con$eptos 05si$os de AO %8III?

1

2

i

o

R

R1

V

V+=

6ealimentacin negativa on Ad fni&a

on Ad infni&a

21

1d

1

2

i

o

RR

RA

11

1

R

R1

V

V

+

+

+=

'mplificador de ganancia positiva O 5

-

+ Vo

V1V2

Vd

Vi

#2#1

Con$eptos 05si$os de AO %IJ?


55/88

Con$eptos 05si$os de AO %IJ?

P'nto de partida3 $ir$'ito lineal, 8d&>

-

+

Vo

Vi#

2

#1

Vd

-

+

Vo

Vi

#2

#1

Vd

i i i i

1

i

RVi=

20 RiV = 2i0 RiVV +=

+ - +-Vi0

1

2

i21

i

0 R

R

VRR

V

V ==

+=+= 12

i1

2

ii0 R

R

1VR

R

VVV

1

2

i

o

R

R1

V

V+=

1

2

i

o

R

R

V

V=

Apli$a$iones lineales 05si$as del AO


56/88


3ue podemos 4acer con un AO5

Mul&iplicar por Vi",-1: am6iador si7no oin8ersor

-Mul&iplicar por Vi",-9 o Vi",1+9 am6iador de escala

-Mul&iplicar por Vi",1 Se7uidor de emisor

-am6iar el des'ase en&re la

en&rada salida am6iador de 'ase

-Sumar de &ensiones

,91"81+92;V2+


57/88


1

2

i

o

vni Z

Z

1V

V

A +==

ACapacidad de reali/ar operaciones matem4ticas$ de a+ su

nom,re ('mplificador operacional)

1

2

i

ovi

Z

Z

V

V

A ==

'mplificador nversor 'mplificador no nversor

-

+

Vo

Vi=2=1

-

+

Vo

Vi

=2=1

Cam0iador de si2no o inversor


58/88

Cam0iador de si2no o inversor

1

2

i

ovi

Z

Z

V

VA ==

-Si en el circui&o de la f7ura

=1*=2 en&onces:

- ircui&o in8ersor la

&ensin de salida es&>des'asada 1?0@ respec&o ala de en&rada

A8i*-1 es decir V0*-Vi-

+

Vo

Vi=2=1

Cam0iador de es$ala


59/88

Cam0iador de es$ala

1

2

i

ovi

Z

Z

V

VA ==

-Si en el circui&o de la f7ura =2*9"=1

Jegativo

A8i*-9 es decir V0*-

9"Vi

-

+

Vo

Vi =2=1

C 0i d d l


60/88

Cam0iador de es$ala

-Si en el circui&o de la f7ura =2*9"=1

1

2

i

ovni

Z

Z1

V

VA +==

ositivo

A8i*1+9 es decir

V0*,1+9"Vi

-

+

Vo

Vi

=2=1

!e2'idor de emisor


61/88

1

2

i

ovni

Z

Z1

V

VA +==

!e2'idor de emisor-Si en el circui&o de la f7ura =1*

-Impedancia de salida nula

-Impedancia de en&radainfni&a

-

+

VoV

iA8ni*1

-

+

VoVi

=2=1

-

+

VoV

i

=2

!e2'idor de emisor


62/88

!e2'idor de emisor

Eemplo de aplicacin: Adap&acin deimpedancias

Vau$#1*109

#e*100o4m

Vau$*1Vpp

V#e*001Vpp

-

+

VoVau$#1*109

#e*100o4m

Vau$*1Vpp

V#e*1Vpp

Cam0iador de ase


63/88

Cam0iador de ase

( )

( )1

CR1

CR1

V

VA 2

2

i

ov =+ +==

-Si #2*#1

CRj1

CRj1

V

V

Ai

ov +

==-

+

VoVi

#2#1

#

( )

( ) )CR(arctg2A

)CR(arctg)CR(arctgA

v

v

+=+ =

-)anancia A8*1

-Des'ase

-Bara *c&e es 'uncin de #

!'mador %I?


64/88

!' ado % ?

Sumador inversor

-

+

Vo

V1#C#1

#n

#2

Vn

V2

i

Vd

i nn

2

2

1

1

R

V

R

V

R

Vi +++=

Al ser Vd*0

omo Vo*-#C"i

+++= n

n

2

2

1

1

o VR

RVR

RVR

RV

Si #1*#2**#n

-Voes la com6inacin lineal

de las &ensiones de

en&rada:

Si #C1*#C2*

*#Cn

( )n2

1 VVV

n

1V +++=+

!'mador %III?


66/88

% ?

Sumador no inversor

-

+

Vo

VC1

#C

#C1

#Cn

#C2

VCn

VC2

Vd

#

V+

( )n21 VVVn

1V +++=+

a &ensin V+ en 'uncin de &odas

las &ensiones de en&rada es:

F la &ensin de salida Vo es:

( )

++++=

R

R1VVV

n

1Vo n21

-Voes la com6inacin lineal

de las &ensiones deen&rada

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