Download - T5 Amplificador Operacional
TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA 2
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
1. Introducción1.1 Realimentación
2. El amplificador operacional ideal. Características2.1 El AO sin realimentación2.2 El AO realimentado
3. Aplicaciones3.1 Lineales
3.1.1 Amplificador inversor3.1.2 Amplificador no inversor3.1.3 Seguidor o BUFFER3.1.4 Sumador3.1.5 Amplificador diferencial
3.2 No lineales
3TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
1 INTRODUCCIÓN
El Amplificador Operacional (AO) es un circuito integrado que contiene un amplificador multietapa y se utiliza fundamentalmente en electrónica analógica. La ventaja de utilizar operacionales es que las aplicaciones son muy sencillas de diseñar. Su símbolo es:
4TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
1 INTRODUCCIÓN
Esquema general simplificado de un AO:
Un AO comercial integrado consta de al menos 20 transistores.
1ª Etapa diferencial: Define las características de entrada del AO.2ª Etapa diferencial: Aumenta la ganancia diferencial y adapta los niveles de continua para acoplar la salida a la siguiente etapa.Etapa intermedia: Provee ganancia de potencia y adapta los niveles de continua.Etapa de salida: Suele ser un amplificador de corriente que disminuye la impedancia de salida para favorecer la adaptación de impedancias.
IE1 IE2
IE
VCE1 VCE2
6TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
2. EL AO IDEAL. CARACTERÍSTICAS.
En la mayoría de ocasiones el AO se alimenta con una fuente simétrica que le permite obtener tensiones de salida de ambas polaridades.
TIPOS DE FUENTES SIMÉTRICAS
1 2
3 4
7TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
2. EL AO IDEAL. CARACTERÍSTICAS.
El circuito equivalente del AO ideal es:
Av·(V+-V-)
Existe un valor máximo para la corriente iomax que es necesario tener en cuenta a la hora de conectarle con una carga.
Es posible aumentar la corriente máxima de salida interconectando en paralelo varios AOs idénticos.
9TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
2. EL A.O. IDEAL. Características
CA
Z
Is=Is1+Is2
Is2
Is1
11TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
2.2 El AO realimentado
Para la mayoría de las aplicaciones de los AOs se usa la realimentación negativa. Según la naturaleza de los elementos externos al AO, tendremos aplicaciones lineales y no lineales. Con realimentación positiva sólo será posible realizar Comparadores y Osciladores.
12TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
3. APLICACIONES LINEALES
En general, el método para analizar los circuitos que contengan AOs realimentados negativamente consiste en seguir una serie de pasos:1. Etiquetar tensiones e intensidades en cada AO, teniendo en cuenta
que las corrientes de entrada al AO son nulas (i+=i-=0) y que la tensión en sus entradas es la misma (V+=V-). También es necesario etiquetar la tensión de salida del AO.
2. Aplicamos Millman teniendo en cuenta que no podemos escoger nunca el nodo de salida del AO. También podemos aplicar Kirchoff, mallas, etc…
3. Finalmente expresamos la tensión de salida en función de la tensión o tensiones de entrada.
13TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
3.1 APLICACIONES LINEALES
Amplificador inversor
Vp
Vn
ip
in
Vs
CORTOCIRCUITO VIRTUAL: Vp=Vn
CORRIENTES NULAS:in=ip=0
=0V
=0A
=0A
NODO MILLMAN EN NODO:
SALIDA: R2>R1 Amp.inversor
R2=R1 Buffer inversor
R2<R1 Aten.inversor
=VO
ii=0V
El valor de R1 debe ser alto para una buena adaptación de impedancias
ii
14TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
3.1 APLICACIONES LINEALES
Amplificador no inversor
SALIDA:
15TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
3.1 APLICACIONES LINEALES
Seguidor o BUFFER
1ov
i
VA
V
16TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
3.1 APLICACIONES LINEALES
Amplificador sumador inversor
1 2
1 2
... no f
n
VV VV R
R R R
Si Rf=R1=R2=…=Rn Vo=-(V1+V2+…+Vn)
Si Rf=(A·R1)/n=(B·R2)/n=…=(Z·Rn)/n
Si R1=R2=…=Rn y Rf=R1/n
𝑽 𝒐=−( 𝑨 ·𝑽 𝟏+𝑩·𝑽 𝟐+…+𝒁 ·𝑽 𝒏
𝒏 )
Los valores de R1, R2, …Rn deben ser altos para garantizar una buena adaptación de impedancias
17TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
3.1 APLICACIONES LINEALES
Amplificador restador
2 1
1 34 3
1 2 4 1o
R RR RV V V
R R R R
Si R1=R2=R3=R4 Vo=V2-V1
Si R1=R2 y R3=R4𝑽 𝒐=
𝑹𝟑
𝑹𝟏(𝑽𝟐−𝑽 𝟏 )
𝑉 𝐶=−𝑉𝑜 18TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
3.1 APLICACIONES LINEALES
Integrador
Vn=0V
Vp=0Vip=0A
in=0AiR
iC
CORRIENTES EN EL NODO:
iR=iC𝑉 𝑖
𝑅=𝐶
𝑑𝑉𝐶
𝑑𝑡𝑉 𝑜=−
1𝑅𝐶∫
0
𝑇
𝑉 𝑖𝑑𝑡+𝑉 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
Si Vi es cte.
Si Vi es cuadrada la salida será triangular
SEÑAL DE ENTRADA
SALIDA
𝑑𝑉 𝐶=𝑉 𝑖
𝑅𝐶𝑑𝑡
+ -
𝑉 𝑜=−𝑅𝐶𝑑𝑉𝐶
𝑑𝑡
Si Vi es cte. Vo=0V
19TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
3.1 APLICACIONES LINEALES
Derivador
io
v tv t = -RC
d
dt
iC
Vp=0V
Vn=0V
ip=0A
in=0A
iR
CORRIENTES EN EL NODO:
iC=iR 𝐶𝑑𝑉𝐶
𝑑𝑡=−
𝑉 𝑜
𝑅𝑉 𝑜=−𝑅𝐶
𝑑𝑉 𝑖
𝑑𝑡 Si Vi es triangular la salida será cuadrada
Si Vi es una rampa Vo=cte.
+ -
𝑉 𝐶=𝑉 𝑖
20TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
3.2 APLICACIONES NO LINEALES
Para las aplicaciones no lineales de los AOs se usa la realimentación positiva (o predominantemente positiva). También se puede usar realimentación negativa a través de dispositivos no lineales (diodos, transistores, etc). Cuando el AO se encuentra en región no lineal dejan de ser válidas las premisas usadas para las aplicaciones lineales, es decir, NO SE CUMPLE:
Lo que si podemos aseverar en la región no lineal es que la salida estará saturada, es decir:
22TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
3.2 APLICACIONES NO LINEALES
Ejemplo: Circuitos detectores de paso por cero
1
2
23TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
3.2 APLICACIONES NO LINEALES
Comparador con histéresis
1. Suponiendo Vo=+Vsat, averiguar la tensión de entrada (+Vx) para la cual se produce el cambio en la tensión de salida.
2. Ídem suponiendo Vo=-Vsat para calcular -Vx.
3. Calcular el ancho de histéresis (ΔVx) y el valor medio (Vm).