Amplificadores Operacionales

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL:

Algunos tipos de AO clasificados por prestaciones:

Uso general: LM741, LM301, TL081, TL082Para Alta frecuencia: LM318, uA715Para Instrumentacin: LM321, uA725De precisin: uA714, LM321Comparadores : LM311, LM339, LM393De Ganancia programable: uA776, LM4250De potencia: uA791De alta tensin: LH0004

Algunos circuitos integrados derivados del AO de inters prctico:

LM555 Temporizador de propsito generalLM566 Oscilador controlado por tensinAD633 Multiplicador de bajo precioAD639 Generador de ondas senoidalesAD630 Conversor tensin-frecuenciaXR-215A PLL (Conversin f/v y v/f) "PLL = Phase-Locked Loop"LM565 PLL (Conversin f/v y v/f)

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL:

Algunos fabricantes relevantes:

LM National Semiconductor (www.national.com)

TL Texas Instruments (www.ti.com)

uA Fairchild (http://www.fairchildrf.com/home/default.asp)

NE/SE Signetics (www.signetics.com)

XR Exar (www.exar.com)

MC Motorola (e-www.motorola.com)

Se sugiere la consulta de estas pginas. (p.e. la de Texas Instruments trae mucha informacin sobre AO)

LM741Amplificador operacional de propsito generalLM741

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL: Ejemplos caractersticos

ENCAPSULADODIP-8

TL081 y TL082Amplificador operacional con entrada FET

TL081

(*) Fijarse que el TL081 es compatible e intercambiable con el LM741

TL082

(*) El TL082 tiene dos TL081 en el mismo encapsulado

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL:

ELECTRNICA BSICA

1 PARTE: Fundamentos de Electrnica Analgica (1er uso de la Electrnica)

Objetivo: Manejar y extraer informacin presente en una magnitud elctrica

Seal con informacinSensor, Antena,

CircuitoAnalgico

AmplificarFiltrarAislarNormalizarConversiones (v/v, V/i, i/v, v/f, f/v,....)Captura de pico.....

V

tEJEMPLO:

TratamientoAnalgico

Seal AM(Dbil, antena)

VSVE

Altavoz(Seal Fuerte)

ELEMENTO CLAVE EN ELECTRNICA ANALGICA:

AMPLIFICADOR ELECTRNICO

IDEAS BSICAS DE AMPLIFICACIN

AMPLIFICADOR

+

-US

+

-UE

Que es un amplificador? Dispositivo capaz de elevar el nivel de potencia de una seal.(En nuestro caso elctrica: V o I)

Fuente de seal(Informacin)

Carga

RL

Objetivo ideal

PE = 0PS = (Entiendase, la que se quiera)

La informacin en la fuente de seal puede estar presente en forma de tensin (VE) o en forma de corriente (IE).

A la salida (en la carga), la informacin se puede entregar (con mayor potencia) pero en forma de tensin (VS) o de corriente (IS).

Las combinaciones se recogen en la siguiente tabla:

Informacin de Entrada

Informacin de Salida

Tensin (UE) Amplificador de tensin (V/V) Tensin (US)

Tensin (UE) Amplificador de Trans-conductacia (V/I)

Corriente (IS)

Corriente (IE) Amplificador de Trans-resistencia (I/V)

Tensin (US)

Corriente (IE) Amplificador de Corriente (I/I) Corriente (IS)

VtContinua

V

t

Senoidal

V

tArbitraria

La tensin (VE) o la corriente (IE) de entrada a un amplificador puede tener una forma cualquiera.

REPRESENTACIN EN EL TIEMPO

El anlisis del amplificador podramos hacerlo en el anlisis del tiempo y podramosutilizar herramientas muy cmodas de anlisis ((p.e. Transformada de Laplace).

No obstante, en electricidad es habitual el anlisis de circuitos lineales conexcitacin senoidal (anlisis complejo en Teora de circuitos). Parece a priori que laseal senoidal es un caso muy particular de seal y no necesariamente unamplificador tiene que trabajar con seales senoidales.

Pero recordemos: "Cualquier seal elctrica podemos descomponerla en nivel decontinua mas una suma de seales senoidales (Desarrollo de Fourier).

Si podemos determinar como se comporta un amplificador ante continua ysenoidales de cualquier frecuencia, podemos determinar como se comporta antecualquier seal.

VtContinua

V

t

Senoidal

V

tArbitraria

REPRESENTACIN EN EL TIEMPO

REPRESENTACIN EN FRECUENCIA

(ESPECTRO)

V

f

ContinuaDC

V

f

Senoidalf1

V

f

Arbitraria

f1 f2DC

En el mundo de la Electrnica Analgica, las representaciones en frecuencia sonmucho mas cmodas (p.e. Msica, comunicaciones, etc).

En una primera aproximacin supondremos que la entrada al amplificador essenoidal de una frecuencia genrica.

Todo el estudio ser vslido, si suponemos el amplificador un elemento lineal( CUIDADO si saturamos el amplificador !!!)

NCP 11

Pueden configurarse para realizar diferentes operaciones (Suma, resta, diferenciacin e integracin).

Los primeros se construyeron con vlvulas.

En 1960 Robert J. Widlar desarrolla el primer operacional en chip de silicio.

En 1968 Fairchild saca al mercado el 741

El uso intensivo de los AO ha provocado que bajen drsticamente de precio.

Amplificadores operacionales

NCP 12

Para construir circuitos con AO, en la inmensa mayora de los casos, no es necesario conocer el funcionamiento interno del dispositivo.

Amplificador de voltaje.

o i Loc

s s i o L

v R RA

v R R R R

Vs

Rs

Ri

+vi-

Aocvi+vo-

Ro

RL

NCP 13

avD

rord

-vD+

-

+

vO

a

rd =

ro = 0

vo= avD = a(vP-vN)

AO Ideal

iN = 0

VP

iP = 0

VN

0OD N Pv

v v va

NCP 14

Circuitos con realimentacin negativa

2 1

1 2 1 2

N I O

R Rv v v

R R R R

O P Nv a v v

2 1

1 2 1 2

O I O

R Rv a v v

R R R R

2 2

11 2 1

1O

I

v R RA

v RR R R

a

R2

R1

ViVo

AO

Amplificador inversor ideal

2

1

limideala

RA A

R

Amplificador inversor

NCP 15

Amplificador no inversor

1

1 2

N O

Rv v

R R

P Iv v

O P Nv a v v 11 2

O I O

Rv a v v

R R

1 2 2

1 1 1

1 2

11

1O

I

v R R RA

Rv R R

a R R

Amplificador no inversor ideal

2

1

lim 1ideala

RA A

R

R2

R1

Vi

Vo

AO

NCP 16

Seguidor de tensin

ViVo

AO

Es un amplificador no inversoren el que R1 = y R2 = 0

La ganancia del circuito es A = 1por lo que vO = vI

Es un circuito muy adecuado para realizar adaptacin de impedancias y se comercializabajo el nombre de buffer (ej. BUF-03 deAnalog Devices)

NCP 17

Anlisis de otras configuraciones (AO ideal)Amplificador sumador

1 2 3R R R Rfi i i i

Utilizando el concepto de cortovirtual entre vP y vN obtenemos

31 2

1 2 3

1 2 3

1 2 3

0 00 0 O

f

f f f

O

v vv v

R R R R

R R Rv v v v

R R R

vov3

v2

v1

Rf

R3

R2

R1

AO

NCP 18

Amplificador restador

vo

v2

v1R2

R3

R1

R4

AO

Aplicando el principio de superposicinvO = vO1 + vO2, donde vO1 es vO con v2 = 0y vO2 es vO con v1 = 0

2 21 1 2

1 1

2 42 2

1 3 4

1

2 21 2 2 1

31

4

1

1

1

1

O O P

O

O O O

R Rv v v v

R R

R Rv v

R R R

R

R Rv v v v v

RR

R

NCP 19

Diferenciador

VoVi

C

R

AO 0

0

( )( )

C R

OI

IO

i i

vdC vdt R

dv tv t RC

dt

Integrador

VoVi

C

RAO

0

00

( ) 1( )

1( ) ( ) (0)

R C

IO

OI

t

O I O

i i

v dC v

R dt

dv tv t

dt RC

v t v d vRC

NCP 20

Filtros

Los filtros procesan seales en funcin de sus frecuencias.

Modifican la amplitud de la seal y su fase.

Tipos ms destacados

Paso bajo

Paso alto

Paso banda

Banda excluida

NCP 21

Filtros activosFiltro paso bajo con ganancia

C1

R2

R1

+

-

Vs1

2

1 2

1( )

1

o

i

V RH s

V R R Cs

Para frecuencias bajas podemos ignorar la impedanciadel condensador y el circuito funciona como unamplificador inversor.

2

1

2

1

o

o

RH

R

wR C

La frecuencia de corte es aquella para la que se produceuna cada de -3 dB entre la seal de entrada y la de salida.

20logo o

i i

V VdB

V V

FIN DE LA PRESENTACION

ING. MSC. SALVADOR LORITE GOMEZ