electrónica analógica. amplificador operacional
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7/24/2019 Electrnica analgica. Amplificador operacional.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
DESCRIPCIN DE AMPLIFICADOR OPERACIONAL
AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL
COMPARADOR
INVERSOR
NO INVERSOR
SEGUIDOR DE TENSIN
SUMADOR INVERSOR
SUMADOR NO INVERSOR
RESTADOR
INTEGRADOR
DERIVADOR
INSTRUMENTACIN
BREVE GLOSARIO
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
DESCRIPCIN DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Se cumplen algunas condiciones:
La impedancia entre las entradas inversora y no inversora es infinita,
por lo que no hay corriente de entrada.
Resistencia de salida muy baja.
La diferencia de potencial entre las terminales inversora y no
inversora es, o debe ser nula.
No hay corriente entrando o saliendo de las patas inversora y no
inversora.
Puede aumentar cualquier tipo de seal, sea de voltaje o de corriente, que
puede ser alterna o directa.
El amplificador operacional se compone de varias etapas integradas en un
nico chip:
>>ETAPA DE ENTRADA DIFERENCIAL:
Esta etapa toma la tensin diferencial de entrada y la amplifica. Debe
proporcionar elevada resistencia de entrada. Que vendra siendo la diferencia
entre la seal (voltaje) aplicada a la entrada inversora y la seal aplicada a la
entrada no inversora. >>ENTRADAS INTERMEDIAS DE AMPLIFICACIN:
Su objetivo es aumentar laganancia.
>>ETAPA FINAL DE POTENCIA:
Suministra una seal de alto nivel a la carga exterior. Debe proporcionar baja
resistencia de salida.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Todas estas etapas deben ser polarizadas adecuadamente, generalmente
utilizandofuentes de alimentacin simtricas.
es la ganancia de tensin diferencial o ganancia de lazo abierto.
AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL
Se define como amplificador operacional ideal a aquel que tiene las
siguientes caractersticas:
>>GANANCIA DE TENSIN INFINITA.
>>RESISTENCIA DE ENTRADA INFINITA.
>>RESISTENCIA DE SALIDA NULA.
>>GANANCIA DE MODO COMN NULA.
>>MARGEN DINMICO.
CIRCUITO LINEAL EQUIVALENTE AL
DIAGRAMA DEL AMPLIFICADOR
OPERACIONAL (TRIANGULITO)
TRANSFERENCIA DE
UN AMPLIFICADOR
OPERACIONAL
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
GANANCIA DE TENSIN INFINITA Al ser la ganancia de tensin infinita y dado que el voltaje de salida es finito
se tiene que
La condicin se traduce en que y se dice que existe uncorto circuito entre las 2 terminales de entrada.
Si el operacional sale de la zona de funcionamiento lineal y se dicequesatura,proporcionando en su salida +Vcc o -Vcc segn el voltajediferencial sea positivo o negativo.
De aqu se desprende que para trabajar en la zona lineal se debe
implementar una red de realimentacin negativa que devuelva una fraccin
de la seal de salida a la terminal de entrada inversora, forzando a que la
tensin diferencial sea exactamente 0 al mismo tiempo que proporciona una
ganancia en bucle (lazo) cerrado dependiente exclusivamente de la red de
realimentacin.
RESISTENCIA DE ENTRADA INFINITA Esto implica que por los terminales de entrada no se introduce ninguna
corriente al operacional.
RESISTENCIA DE SALIDA NULA Esto significa que se comporta como un generador ideal de tensin, es decir
el amplificador operacional ideal proporciona en su salida la corriente
necesaria para mantener el voltaje de su salida.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
>>GANANCIA DE MODO CUMN NULA La tensin de salida no depende de la tensin de modo comn, y solo
depende de la tensin diferencial.
>>MARGEN DINMICO Vcc
Indica que la tensin de salida puede tomar cualquier valor entre +Vcc y -
Vcc.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO COMPARADOR
Una de las condiciones que se debe cumplir para utilizar el amplificador
operacional es que el voltaje entre la entrada inversora y no inversora debeser cero. Esto quiere decir que los voltajes en la entrada inversora y la no
inversora deben ser iguales para que haya voltaje de salida.
Si establecemos un voltaje fijo en la terminal inversora, pero en el pin no
inversor tenemos un voltaje menor a dicho potencial, la salida del
amplificador ser nula, es decir, no habr voltaje en la salida (que es lo
mismo que dije anteriormente).
Gananciaamplificador
operacional en la
abierto.
Tensinvariable.
Tensin dereferencia.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Si igualamos el voltaje en las terminales inversora y no inversora, la salida de
voltaje ser efectiva.
APLICACIONES:
Esta funcin es utilizada en los comparadores lgicos que conforman los
conversores de analgico a digita.
Los multmetros digitales estn basados en comparadores lgicos y
conversores de analgico a digital.
Tambin pueden ser utilizados para comparar niveles de voltajes o en
protecciones contra sobre corriente.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR
El amplificador operacional inversor logra invertir un voltaje de entrada a la
vez que lo amplifica.
FRMULA:
Nuevamente, sin entrar en pedos enredosos se tiene que la frmula es la
siguiente:
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
AMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSOR
Esta configuracin permite aumentar el nivel del voltaje en una seal de
entrada de tal forma que la seal que entra en el pin no inversor sale
amplificada del dispositivo.
FRMULA:
SEGUIDOR DE TENSIN
Si en el amplificador no inversor hacemos infinita y cero, obtenemos elseguidor de tensin o seguidor de emisin.
sirve por ejemplo para amplificar una seal a un motor.La tensin de entrada se transmite ntegra a la salida.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
El generador de seal se encuentra con una resistencia de entrada infinitay no se le extrae corriente, mientras que la carga recibe esa tensin ypuede absorber cualquier corriente.
SUMADOR INVERSOR
El amplificador operacional sumador permite al usuario sumar varios niveles
de voltaje a la vez que se invierte el signo del voltaje.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
FRMULA:
APLICACIN:
Esta configuracin es muy utilizada en los convertidores de digital a anlogo
para transformar seales digitales a niveles de voltaje anlogo.
SUMADOR NO INVERSOR
La salida se encuentra en fase con la entrada, pero no se puede obtener
ganancia unitaria.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
RESTADOR
Tiene una resistencia de entrada baja en comparacin con otro tipo de
restadores como por ejemplo el amplificador de instrumentacin.
Y para
INTEGRADOR
Integra e invierte las seales
y
, que son funciones dependientes del
tiempo El integrador no se usa en la prctica de forma discreta ya que cualquier
seal pequea de DC en la entrada puede ser acumulada en el condensador
hasta saturarlo por completo; sin mencionar la caracterstica de offset del
mismo operacional, que tambin es acumulada.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Este circuito se usa de forma combinada en sistemas retroalimentados, que
son modelos basados en variables de estado (valores que definen el estado
actual del sistema) donde el integrador conserva una variable de estado en el
voltaje de su condensador.
DERIVIDADOR
Deriva e invierte la seal respecto al tiempo.
Tambin se utiliza como filtro.
Es un circuito que no se utiliza en la prctica porque no es estable. Esto se
debe a que al amplificar ms seales de alta frecuencia se termina
amplificando mucho ruido.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIN
Es un amplificador diferencial, cuya ganancia puede establecerse de forma
muy precisa y que ha sido optimizado para que opere de acuerdo a sus
propias especificaciones an en un entorno hostil. Es un elemento esencial
de los sistemas de medida, en los que se ensambla como un bloque funcional
que ofrece caractersticas funcionales propias e independientes de los
restantes elementos con los que interacciona.
Estos circuitos amplifican la diferencia entre 2 seales de entrada y rechazan
cualquier seal que sea comn a ambas seales. Estos circuitos se utilizan
principalmente para amplificar seales diferenciales muy pequeas en
muchos procesos industriales, medicin, adquisicin de datos y aplicaciones
mdicas.
Ante las exigencias de medida que imponen los sensores, estos circuitos
deben cumplir unos requisitos generales:
>>GANANCIA: seleccionable, estable y lineal.
>>ENTRADA DIFERENCIAL: con CMMR alto.
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>>ERROR DESPRECIABLE DEBIDO A LAS CORRIENTES Y TENSIONES DE OFFSET.
>>IMPEDANCIA DE ENTRADA ALTA.
>>IMPEDANCIA DE SALIDA BAJA.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL
BREVE GLOSARIO
ADIMENSIONAL: Es una cantidad sin una dimensin fsica asociada, siendo
por tanto un nmero puro que permite describir una caracterstica fsica sin
dimensin ni unidad de expresin explcita, y que como tal, siempre tiene
una dimensin de 1.
GANANCIA: Es una magnitud que expresa la relacin entre la amplitud de
una seal de salida respecto a la seal de entrada. Por lo tanto, la ganancia es
unamagnitud adimensional,que se mide en unidades como Belio (odecibelios dB).
FUENTE DE ALIMENTACIN SIMTRICA: Es el tipo de fuente de alimentacin
que es simtrica.
SATURACIN: Es el estado de un circuito amplificador que suministra una
tensin de salida prxima a la de aquella con la que se alimenta.
COLOR NEGRO: GND
COLOR ROJO: +Vcc
COLOR GRIS: -Vcc