AMPLIFICADOR OPERACIONA1L

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Amplificadores Operacionales 5/7/12

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL: Algunos tipos de AO clasificados por prestaciones: Uso general: LM741, LM301, TL081, TL082 Para Alta frecuencia: LM318, uA715 Para Instrumentacin: LM321, uA725 De precisin: uA714, LM321 Comparadores : LM311, LM339, LM393 De Ganancia programable: uA776, LM4250 De potencia: uA791 De alta tensin: LH0004 Algunos circuitos integrados derivados del AO de inters prctico: LM555 LM566 AD633 AD639 AD630 XR-215A Loop" LM565 5/7/12 Temporizador de propsito general Oscilador controlado por tensin Multiplicador de bajo precio Generador de ondas senoidales Conversor tensin-frecuencia PLL (Conversin f/v y v/f) "PLL = Phase-Locked PLL (Conversin f/v y v/f)

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL: Algunos fabricantes relevantes: LM TL uA NE/SE XR MC National Semiconductor (www.national.com) Texas Instruments (www.ti.com) Fairchild (http://www.fairchildrf.com/home/default.asp) Signetics (www.signetics.com) Exar (www.exar.com) Motorola (e-www.motorola.com)

Se sugiere la consulta de estas pginas. (p.e. la de Texas Instruments trae mucha informacin sobre AO) 5/7/12

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL: Ejemplos caractersticos LM741 Amplificador operacional de propsito general

LM74 1

ENCAPSULA DO DIP-8

5/7/12

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL: TL08 1 TL081 y TL082 Amplificador operacional con entrada FET

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

TL08 2

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

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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 informacin V Sensor, Antena,EJEMPLO: V E Seal AM (Dbil, antena) 5/7/12 t

Circuit o Analg icoV S

Amplificar Filtrar Aislar Normalizar Conversiones (v/v, V/i, i/v, v/f, f/v,....) Captura de pico .....

ELEMENTO CLAVE EN ELECTRNICA ANALGICA: AMPLIFICADOR ELECTRNICO

Tratamie nto Analgico

Altavoz (Seal Fuerte)

IDEAS BSICAS DE AMPLIFICACIN Que es un amplificador? Dispositivo capaz de elevar el nivel de potencia de una seal. (En nuestro caso elctrica: V o I)+ + AMPLIFICAD OR

Objetivo ideal R L PE = 0 PS = (Entiendase, la que se quiera)

U -E

U -S

Carg Fuente de a seal (Informacin 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: 5/7/12

Informacin de Entrada Tensin (UE) Tensin (UE) Corriente (IE) Corriente (IE) Amplificador de tensin (V/V) Amplificador de Trans-conductacia (V/I) Amplificador de Trans-resistencia (I/V) Amplificador de Corriente (I/I)

Informacin de Salida Tensin (US) Corriente (IS) Tensin (US) Corriente (IS)

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

V Contin anlisis del ua t

V t Senoi dal amplificador

V

El en el anlisis del tiempo y podramos utilizar herramientas muy cmodas de anlisis ((p.e. Transformada de Laplace). No obstante, en electricidad es habitual el anlisis de circuitos lineales con excitacin senoidal (anlisis complejo en Teora de circuitos). Parece a priori que la seal senoidal es un caso muy particular de seal y no necesariamente un amplificador tiene que trabajar con seales senoidales. Pero recordemos: "Cualquier seal elctrica podemos descomponerla en nivel de continua mas una suma de seales senoidales (Desarrollo de Fourier). Si podemos determinar como se comporta un amplificador 5/7/12 continua y senoidales de cualquier frecuencia, podemos ante

Arbitra ria podramos hacerlo

t

REPRESENTACI N EN EL TIEMPO

V Contin ua V t

V t Senoi dal V f Senoi 1 dal f

V Arbitra ria VD C f1 f2

t

REPRESENTACI N EN EL TIEMPO

En el mundo de la Electrnica representaciones en frecuencia son mucho mas cmodas (p.e. Msica, comunicaciones, etc). En una primera aproximacin supondremos que la entrada al amplificador es senoidal de una frecuencia genrica. Todo el estudio ser vslido, si suponemos el amplificador un elemento lineal ( 5/7/12 CUIDADO si saturamos el amplificador !!!)

f D Contin C ua

Arbitra ria Analgica, las

f

REPRESENTACI N EN FRECUENCIA (ESPECTRO)

Amplificadores operacionales

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 NCP 1111 de precio.

5/7/12

Para construir circuitos con AO, en la inmensa mayora de los casos, no es necesario conocer el funcionamiento interno del dispositivo. Amplificador de voltaje.Rs + v i Ro + v o R L

vo Ri RL = Aoc vs Rs + Ri Ro + RL

Vs

Ri

Aoc vi

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NCP

1212

AO Ideal

a rd = ro = 0 vo= avD = a(vPvN)

VN iN = 0 vD + rd av D ro vO

+VP iP = 0

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NCP

1313

Circuitos con realimentacin negativaAmplificador inversorR2 R1vN = R2 R1 vI + vO R1 + R2 R1 + R2

vO = a ( vP vN )Vo R2 R1 vO = a vI vO R1 + R2 R1 + R2A= vO R2 R = 2 vI 1 R + R + R ( 1 2 ) 1 R1 a

Vi

AO

Amplificador inversor ideal

Aideal5/7/12

R2 = lim A = a R1NCP 1414

Amplificador no inversor

R2 R1 AO

vN =

R1 vO R1 + R2

vP = vI

Vo

vO = a ( vP vN )A=

R1 vO = a vI vO R1 + R2

Vi

vO R + R2 R 1 = 1 = 1+ 2 vI 1 + R1 R1 R1 a R1 + R2

Amplificador no inversor ideal

R Aideal = lim A = 1 + 2 a R1

5/7/12

NCP

1515

Seguidor de tensin

AO Vi Vo

Es un amplificador no inversor en el que R1 = y R2 = 0 La ganancia del circuito es A=1 por lo que vO = vI

Es un circuito muy adecuado para realizar adaptacin de impedancias y se comercializa bajo el nombre de buffer (ej. BUF03 de Analog Devices)5/7/12 NCP 1616

Anlisis de otras configuraciones (AO ideal) Amplificador sumadorv1 v2 v3 R1 R2 R3 Rf

iR1 + iR 2 + iR 3 = iRf

AO

vo

Utilizando el concepto de corto virtual entre vP y vN obtenemos v3 0 0 vO v1 0 v2 0R1 + R2 + R3 = Rf Rf Rf Rf vO = v1 + v2 + v3 R1 R2 R3

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NCP

1717

Amplificador restadorR1 R2 AO

v1

vo

v2

R3

R4

Aplicando el principio de superposicin vO = vO1 + vO2, donde vO1 es vO con v2 = 0 y vO2 es vO con v1 = 0 R2 R2 vO1 = v1 vO 2 = 1 + vP R1 R1

R R4 vO 2 = 1 + 2 v2 R1 R3 + R4 R1 1+ R2 R2 vO = vO1 + vO 2 = v2 v1 R1 1 + R3 R4

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NCP

1818

DiferenciadorR C Vi AO

iC = iRVo

C

0 vO d vI 0 ) = ( dt R dv (t ) vO (t ) = RC I dt

IntegradorC R

iR = iC vI 0 d = C ( 0 vO ) R dt dvO (t ) 1 = vI (t ) dt RC 1 t vO (t ) = 0 vI ( )d + vO (0) RC1919

Vi

AO

Vo

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NCP

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 excluidaNCP 2020

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Filtros Filtro paso bajo con ganancia activosR2 C1 R1 + Vs1

Vo R 1 = H ( s) = 2 Vi R1 R2 Cs + 1Para frecuencias bajas podemos ignorar la impedancia del condensador y el circuito funciona como un amplificador inversor.

Ho =

R2 R1

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

wo =

1 R2C

dB = 20 log Vi Vi 5/7/12

NCP

2121

FIN DE LA PRESENTACION

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ING. MSC. SALVADOR LORITE GOMEZ

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