AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

23
Amplificadores Operacionales

Transcript of AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

Page 1: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

Amplificadores Operacionales

Page 2: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL:

Algunos tipos de AO clasificados por prestaciones:

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

Algunos circuitos integrados derivados del AO de interés práctico:

LM555 Temporizador de propósito generalLM566 Oscilador controlado por tensiónAD633 Multiplicador de bajo precioAD639 Generador de ondas senoidalesAD630 Conversor tensión-frecuenciaXR-215A PLL (Conversión f/v y v/f) "PLL = Phase-Locked Loop"LM565 PLL (Conversión f/v y v/f)

Page 3: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

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 páginas. (p.e. la de Texas Instruments trae mucha información sobre AO)

Page 4: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

LM741Amplificador operacional de propósito generalLM741

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL: Ejemplos característicos

ENCAPSULADODIP-8

Page 5: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

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:

Page 6: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

ELECTRÓNICA BÁSICA

1ª PARTE: Fundamentos de Electrónica Analógica (1er uso de la Electrónica)

Objetivo: Manejar y extraer información presente en una magnitud eléctrica

Señal con informaciónSensor, Antena,

CircuitoAnalógico

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

V

tEJEMPLO:

TratamientoAnalógicoSeñal AM

(Débil, antena)

VS

VE

Altavoz(Señal Fuerte)

ELEMENTO CLAVE EN ELECTRÓNICA ANALÓGICA:

AMPLIFICADOR ELECTRÓNICO

Page 7: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

IDEAS BÁSICAS DE AMPLIFICACIÓN

AMPLIFICADOR+

-US

+

-UE

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

Fuente de señal(Información)

Carga

RL

Objetivo ideal

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

La información en la fuente de señal puede estar presente en forma de tensión (VE) o en forma de corriente (IE).

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

Las combinaciones se recogen en la siguiente tabla:

Page 8: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

Información de Entrada

Información de Salida

Tensión (UE) Amplificador de tensión (V/V) Tensión (US)

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

Corriente (IS)

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

Tensión (US)

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

Page 9: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

V

tContinua

V

t

Senoidal

V

tArbitraria

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

REPRESENTACIÓN EN EL TIEMPO

El análisis del amplificador podríamos hacerlo en el análisis del tiempo y podríamos utilizar herramientas muy cómodas de análisis ((p.e. Transformada de Laplace).

No obstante, en electricidad es habitual el análisis de circuitos lineales con excitación senoidal (análisis complejo en Teoría de circuitos). Parece a priori que la señal senoidal es un caso muy particular de señal y no necesariamente un amplificador tiene que trabajar con señales senoidales.

Pero recordemos: "Cualquier señal eléctrica podemos descomponerla en nivel de continua mas una suma de señales senoidales (Desarrollo de Fourier).

Si podemos determinar como se comporta un amplificador ante continua y senoidales de cualquier frecuencia, podemos determinar como se comporta ante cualquier señal.

Page 10: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

V

tContinua

V

t

Senoidal

V

tArbitraria

REPRESENTACIÓN EN EL TIEMPO

REPRESENTACIÓN EN FRECUENCIA

(ESPECTRO)

V

fContinuaDC

V

f

Senoidalf1

V

fArbitraria

f1 f2DC

En el mundo de la Electrónica Analógica, las representaciones en frecuencia son mucho mas cómodas (p.e. Música, comunicaciones, etc).

En una primera aproximación supondremos que la entrada al amplificador es senoidal de una frecuencia genérica.

Todo el estudio será váslido, si suponemos el amplificador un elemento lineal (¡¡¡ CUIDADO si saturamos el amplificador !!!)

Page 11: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

NCP 11

– Pueden configurarse para realizar diferentes operaciones (Suma, resta, diferenciación e integración).

– Los primeros se construyeron con válvulas.– 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 drásticamente de precio.

Amplificadores operacionales

Page 12: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

NCP 12

– Para construir circuitos con AO, en la inmensa mayoría 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

Page 13: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

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 P

vv v v

a

Page 14: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

NCP 14

Circuitos con realimentación negativa

2 1

1 2 1 2N I O

R Rv v v

R R R R

O P Nv a v v

2 1

1 2 1 2O I O

R Rv a v v

R R R R

2 2

11 2 1

1O

I

v R RA

v RR R Ra

R2

R1Vi Vo

AO

Amplificador inversor ideal

2

1

limideala

RA A

R

Amplificador inversor

Page 15: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

NCP 15

Amplificador no inversor

1

1 2N O

Rv v

R R

P Iv v

O P Nv a v v 1

1 2O 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 Ra R R

Amplificador no inversor ideal

2

1

lim 1ideala

RA A

R

R2

R1

Vi

VoAO

Page 16: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

NCP 16

Seguidor de tensión

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 adaptación de impedancias y se comercializabajo el nombre de “buffer” (ej. BUF-03 deAnalog Devices)

Page 17: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

NCP 17

Análisis 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 31 2 3

0 00 0 O

f

f f fO

v vv v

R R R R

R R Rv v v v

R R R

vov3

v2

v1

Rf

R3

R2

R1

AO

Page 18: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

NCP 18

Amplificador restador

vo

v2

v1R2

R3

R1

R4

AO

Aplicando el principio de superposiciónvO = 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

RR R

v v v v vRRR

Page 19: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

NCP 19

Diferenciador

VoViC

R

AO 00

( )( )

C R

OI

IO

i i

vdC vdt R

dv tv t RC

dt

Integrador

VoVi

C

R AO

0

00

( ) 1( )

1( ) ( ) (0)

R C

IO

OI

t

O I O

i i

v dC v

R dtdv t

v tdt RC

v t v d vRC

Page 20: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

NCP 20

Filtros

• Los filtros procesan señales en función de sus frecuencias.

• Modifican la amplitud de la señal y su fase.• Tipos más destacados

– Paso bajo– Paso alto– Paso banda– Banda excluida

Page 21: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

NCP 21

Filtros activosFiltro paso bajo con ganancia

C1

R2

R1

+

-

Vs1

2

1 2

1( )

1o

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 caída de -3 dB entre la señal de entrada y la de salida.

20logo o

i i

V VdB

V V

Page 22: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

FIN DE LA PRESENTACION

Page 23: AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

ING. MSC. SALVADOR LORITE GOMEZ