TEORÍA DE CIRCUITOSAMPLIFICADORES OPERACIONALES

Jorge Luis JaramilloPIET EET UTPL septiembre 2011

Créditos

Esta presentación fue preparada estrictamente como material de apoyo a la jornada presencial del curso de Teoría de Circuitos, del programa de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones que se imparte en el Universidad Técnica Particular de Loja.

La secuencia de contenidos corresponde al plan docente de la asignatura, y, para la elaboración se han utilizado aportes propios del docente, y, una serie de materiales y recursos disponibles gratuitamente en la web.

Generalidades

•Principio de funcionamiento•Esquemas con AO•Parámetros reales de los AO•Empaques habituales de los AO•Discusión y análisis

Generalidades

•Principio de funcionamiento

Principio de funcionamiento

Un amplificador operacional (AO), es un circuito electrónico (normalmente un circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida.

La salida es la diferencia de las dos entradas, multiplicada por un factor (G), denominado ganancia, de tal forma que:

Vout = G[(V+) − (V−)]

Los AO, aparecidos en los años 60, se emplearon originalmente para operaciones matemáticas ( suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc) en computadores analógicos.

El AO ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido.

Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero.

Principio de funcionamiento

Amplificador con emisor común

Principio de funcionamiento

Esquema de una amplificador operacional sobre transistores

●Single ended output

Non-inverting input

Principio de funcionamiento

Esquema IC741

2

4

7

6

3

Principio de funcionamiento

Esquema equivalente

Rd – Impedancia de entrada diferencial

Rcx – Impedancia de entrada de modo común

Ro – Impedancia de salida

Ad – Ganancia diferencial

Ac – Ganancia de modo común

Vo=Ad·Vd+Ac·Vc

Vd=V2-V1 y

Vc=(V1+V2)/2

Generalidades

•Esquemas con AO

Esquemas con AO

AO inversores y no inversores

Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004

Esquemas con AO

Esquema no inversor

Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004

2

21

RRR

G

V

VG

i

o

Imagen tomada del sitio web de la Biblioteca de la Universidad de la Rioja

Esquemas con AO

Esquema inversorImagen tomada del sitio web de la Biblioteca de la Universidad de la Rioja

2

1

RR

G

ZeZr

G

V

VG

i

o

Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004

t [seg

]

V [Vol]Vi Vo

Esquemas con AO

Cambiador de escala

-

+

Vo

ViZ2Z1

KG

ZZ

G

V

VG

i

o

1

2

t [seg]

V [Vol]Vi

Vo=-k·Vi

Esquemas con AO

Cambiador de escala

-

+

Vo

Vi

Z2Z1

t [seg]

V [Vol]

Vi

Vo=(1+k)·Vi

KG

ZZ

G

VV

Gi

o

1

11

2

Esquemas con AO

Buffer

1G

Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004

Esquemas con AO

Convertidor de corriente a voltaje

Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004

RIV io

Esquemas con AO

Cambiador de fase

V [Vol]Vi Vo

t [seg]

CRjCRj

G

VV

Gi

o

11

)(2

)()(

CRarctgG

CRarctgCRarctg

G

Esquemas con AO

Sumador inversor

Para Vd = 0, se cumple que:

Considerando que Vo = i*R´, entonces Vo resulta la combinación lineal de los voltajes de entrada:

n

n

2

2

1

1

R

V

R

V

R

Vi

n

n2

21

1o V

R

´RV

R

´RV

R

´RV

Esquemas con AO

Sumador no inversor

´n´2

´1 VVV

n1

V

Esquemas con AO

Restador

121

2o VVR

RV

Esquemas con AO

Integrador

t

0

cio )0(Vdt)t(VCR

1)t(V

t [seg]

V [Vol]Vi (sen(t))

Vo (cos(t))

t [seg]

V [Vol] Vi(t)

Vo(t)

Esquemas con AO

Derivador

dt

)t(dVRC)t(V i

o

t [seg]

V [Vol]

Vi (sen(t))Vo (cos(t))

t [seg]

V [Vol]

Vi(t)

Vo(t)

Generalidades

•Parámetros reales de los AO

Parámetros reales de los AO

La ganancia típica de un AO por voltaje es del orden de los 100 – 140 dB (10E5 – 10E6).

La resistencia de entrada típica de un AO es del orden de 2 M.

La resistencia de salida típica es del orden de los 70 .

Los AO habitualmente se alimentan de fuentes de ± 15V.

Parámetros reales de los AO

Respuesta en frecuencia de un AO

Generalidades

•Empaques habituales de los AO

Empaques habituales

CI tipo DIL o SMT

Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004

Empaques habituales

CI tipo DIL o SMTImagen tomada del sitio web de la Biblioteca de la Universidad de la Rioja

Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004

Empaques habituales

Metal can package

Imagen tomada del sitio web de la Biblioteca de la Universidad de la Rioja

DISCUSIÓN Y ANÁLISIS