AMPLIFICADOR OPERACIONALEl amplificador operacional es un amplificador con realimentacin en el mercado como una pastilla de circuito integrado. Es difcil enumerar la totalidad de las aplicaciones de este circuito. De modo general, podemos decir que sus aplicaciones estn presentes en los sistemas electrnicos de control industrial, en instrumentacin nuclear, en instrumentacin mdica, en los equipos de telecomunicaciones y de audio, etc. El que utilizaremos normalmente ser el LM741.CIRCUITOS BASICOS CON A. OPERACIONALA continuacin se vern las configuraciones ms empleadas con los amplificadores operacionales:1. CONFIGURACION A LAZO ABIERTOTambin es conocida como sin realimentacin. En ella tambin viene determinada la ganancia por el propio fabricante sobre ella no se tiene ningn control. Esta configuracin se utiliza para circuitos comparadores.

FIGURA: montaje en lazo abierto2. CONFIGURACION CON REALIMENTACION POSITIVA Esta configuracin se denomina en bucle cerrado y tiene el inconveniente de desestabilizar el circuito. Una aplicacin prctica de la realimentacin positiva se da en los oscilizadores, que se vern ms adelante.

FIGURA: Montaje de realimentacin positiva

3. CONFIGURACION CON REALIMENTACION NEGATIVAEn la configuracin en bucle cerrado ms importante en circuitos operacionales, y sus aplicaciones ms comunes pueden ser amplificador no inversor, sumador amplificador diferencial, diferenciador, integrador, filtros, activos, etc.FIGURA: montaje con realimentacin negativaLas corrientes de polarizacin son el orden del Na, por lo que se pueden considerar nulas y podremos escribir I1+I2=0 aplicando Kirchhoff tenemos:Sustituyendo en la ecuacin anterior tendremos:

Tomando el lmite de Vb para AV tendiendo a infinito.Hemos llegado a la conclusin de que existe un cortocircuito virtual entre las entradas inversoras en el montaje con realimentacin negativa, es decir, que en dicho montaje las dos entradas se encuentran a la misma tensin. Dentro de esta configuracin podemos distinguir lo siguiente.4. CONFIGURACION INVERSORAEn el montaje R3 es igual al paralelo R1 Y R2. La ganancia de este amplificador es:

As, si introducimos una seal sonoidal de amplitud B por la patilla inversora y medimos la seal de medida, veremos que esta tambin es senoidal de amplitud BR2/R1 y desfasada 180o con la de entrada.

FIGURA: montaje inversor.5. CONFIGURACION NO INVERSORA:Al igual que el anterior R3 es igual al paralelo de R1 Y R2. Para el anlisis debemos de tener en cuenta que el circuito de entrada inversora lo que existe en un circuito de entrada inversora lo que existe es un circuito serie de dos resistencias alimentadas a la tensin VS, ya que no se desva ninguna corriente por el operacional.

FIGURA: montaje no inversor

Por el otro lado sabemos que la tensin en la entrada inversora en Ve ya que por la no inversora no existe corriente y por tanto en R3 no hay e,d,t, luego:

La ganancia del montaje ser:

6. SEGUIDOR DE TENSIONSi para la configuracin anterior hacemos R1 = Y R2=0 obtendremos el seguidor de tensin o Buffer. Este circuito presenta las caractersticas de impedancia de entrada y de salida ms prximas a las ideales.

FIGURA: buffer o seguidor de tensin.En algunos casos, el seguidor de tensin recibe la seal a travs de una resistencia en serie, con el terminal no inversor. Entonces, con el fin de equilibrar la ganancia y las corrientes, se coloca otra resistencia del mismo valor en el circuito de realimentacin. Esto no es necesario cuando la atencin de entrada es relativamente alta. Este montaje se utiliza como adaptador de impedancias, por ejemplo entre un generador de seal y un amplificador de baja impedancia de entrada.7. EL AMPLIFICADOR SUMADOR INVERSOR.Partiendo de los montajes con realimentacin negativa se obtiene el montaje sumador:

FIGURA: sumador inversor

AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEALDespus de haber visto una introduccin del amplificador operacional, vamos a centrar nuestro estudio en el amplificador operacional ideal. Este estudio nos permitir conocer mltiples aplicaciones del amplificador operacional y, ver el porqu es tan importante.1. Caractersticas del amplificador operacional ideal.En la Figura se representa el smbolo y la curva caracterstica de transferencia del amplificador operacional ideal y en la Figura su circuito equivalente.

FIGURA: Amplificador operacional ideal. a) Smbolo y curva caracterstica de transferencia b) circuito equivalente

2. El amplificador operacional ideal goza de las siguientes caractersticas:

a) Impedancia de entrada infinita (Ri = ). El circuito de entrada es un circuito abierto. Por tanto, no hay corriente en ningn terminal de entrada, es decir, las corrientes de polarizacin son nulas (I B +, I B - = 0). b) Impedancia de salida nula (Ro = 0). c) Ganancia diferencial de tensin es infinita (Av = ). d) El margen dinmico VCC. No hay prdida de tensin en la salida por saturacin de elementos. e) La Razn de rechazo en Modo comn (CMRR) es infinita. Este trmino requiere una explicacin ms amplia. f) Una caracterstica significativa de una conexin diferencial es que las seales que son opuestas en las entradas son altamente amplificadas, mientras que las que son comunes a las dos entradas son apenas ligeramente amplificadas (la operacin global es amplificar la seal diferencial mientras que se rechaza la seal comn a las dos entradas). Puesto que el ruido (cualquier seal de entrada indeseable) es generalmente comn a ambas entradas, la conexin diferencial tiende a suministrar una atenuacin de esta entrada indeseable, mientras que proporciona una salida amplificada de la seal diferencial aplicada a las entradas. g) Como medida de la capacidad de eliminacin de las seales de modo comn (de ruido) se emplea el valor numrico conocido como Razn de rechazo en Modo comn (CMRR). En la Figura, se indica esquemticamente el funcionamiento en modo comn del amplificador operacional.

Principales caractersticas: Versatilidad, gran variedad de aplicaciones. Propiedades reales muy prximas al caso ideal, facilita el diseo. Estructura bsica: Amplificador diferencial Smbolo y terminales.+ I

Ez-inbertsore-sarreraV+ Inbertsore sarrera v- Tensin de alimentacin Clsicos Actuales

Comportamiento:

Caractersticas ideales: Ganancia en lazo abierto A Impedancia de entrada Zi= e impedancia de salida ZO=O. Factor de rechazo al modo comn RRMC= Ganancia desde f=0 (acoplo interno directo) Ancho de banda ideal f: 0 3. APLICACIONESSus aplicaciones fueron inicialmente en las reas de la computacin analgica y de la instrumentacin. Los primeros Amplificador Operacional. Se construyeron partiendo de componentes discretos (transistores y resistencias). A la mitad de la dcada de 1960 se produjo el primer Amplificador Operacional. De circuito integrado (CI). Esta unidad (la A 709) se form de un nmero relativamente grande de transistores y resistencias, todos ellos en la misma placa de silicio. Aunque sus caractersticas eran pobres (en relacin a los estndares actuales) y su precio fue bastante alto, su aparicin seal una nueva era en el diseo de circuitos electrnicos.

4. SMBOLOS Y TERMINALES DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL. Un amplificador operacional es un amplificador diferencial. Desde el punto de vista de una seal, el Amplificador operacional. Tiene tres terminales: dos terminales de entrada y un terminal de salida. La figura 6.1 muestra el smbolo que utilizaremos para representar el Amplificador operacional. Los terminales 1 y 2 son los terminales de entrada, y el terminal 3 es el de salida.

Como el Amplificador operacional es un dispositivo activo (est formado por transistores, resistencias y algn condensador), requiere una potencia de continua para funcionar. La mayora de Amplificador operacional de CI requiere dos fuentes de continua, como se muestra en la figura. Los terminales, 4 y 5 del operacional se conectan a un voltaje positivo, VCC, y a uno negativo, -VEE, respectivamente, siendo habitual que sean iguales en valor absoluto. Las dos fuentes de alimentacin de continua presentan una tierra comn. Es interesante observar que el punto tierra de referencia en los Amplificador operacional es precisamente el terminal comn de las dos fuentes de alimentacin; esto es, ningn terminal del Amplificador operacional se conecta fsicamente a tierra. Es importante indicar que tambin existen operacionales que se alimentan entre tensin y tierra (operacionales Norton). En adicin a los tres terminales de la seal y los dos terminales de la alimentacin de continua, un Amplificador operacional puede tener otros terminales para propsitos especficos. La funcin de algunos terminales del operacional se ver en el laboratorio (por ejemplo, la anulacin del offset, aunque no se emplee). La ecuacin ideal que gobierna el comportamiento del amplificador operacional es la siguiente:Vo = A (V+ - V-)

5. Siendo A la ganancia de voltaje sin carga. Es decir, la salida es igual a la diferencia de ambas entradas multiplicadas por una constante A. La entrada 1 (V+), se denomina Entrada no inversora porque vara en el mismo sentido que la salida: de la frmula anterior se deduce, que si mantenemos la entrada inversora (entrada 2, V-) constante, cuando V+ aumenta, Vo aumenta, y cuando V+ disminuye, Vo disminuye. La entrada 2 (V-) se denomina entrada inversora porque vara en sentido contrario que la salida. Aplicando la frmula anterior se deduce, que si mantenemos la entrada no inversora (entrada 1, V+) constante, cuando V- aumenta, Vo disminuye, y cuando V+ disminuye, Vo aumenta. Es habitual en los circuitos electrnicos no mostrar de forma explcita las fuentes de alimentacin de continua de los Amplificador operacional., ni la lnea de tierra, como se representa (Este punto suele introducir problemas, porque es habitual olvidar que la alimentacin de continua limitar el margen de valores que puede tener la tensin de salida).

A+ -

+ -

V+Vi V-

FIGURA: Esquema simplificado de un amplificador operacional.La representacin grfica de la ecuacin 1 es una recta que pasa por el origen, de pendiente A. La ecuacin de un amplificador real, discrepar de esta ecuacin. De forma esquemtica, podramos decir que en un operacional real es: Vo = A (V+ - V-) + efectos no idealesEn la Figura 6.3 queda representada la diferencia entre la ecuacin de un amplificador operacional ideal y el real. En la figura de la derecha, se ve como la tensin de salida no p puede superar la tensin de alimentacin VCC ni ser inferior a VEE. En los temas anteriores de amplificacin, se ha remarcado el hecho de que en un circuito de transistores es imposible obtener una tensin superior a la alimentacin de continua aplicada.

Es ms, en la figura se observa como hay una pequea perdida de tensin en la salida, de forma que esta puede variar entre Vomax y Vomin. Este concepto puede ser entendido por los alumnos porque en el tema 5 se vio que el margen dinmico no puede llegar al valor de alimentacin debido a la tensin de saturacin que hay en el transistor.6. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO AMPLIFICADOR DE TENSIN. En la figurase representa un circuito en el que se desea amplificar tensin.

FIGURA: Amplificador de tensin real Vs y Rs: equivalente Thevenin de la alimentacin RL: carga exterior Vi: tensin de entrada Vo: tensin de salida Ri: impedancia de entrada Ro: impedancia de salida AV: ganancia de tensin en circuito abierto.La ecuacin que relaciona la salida con la tensin de entrada es la siguiente: Para que la ganancia de tensin sea constante e independiente de la alimentacin y de la carga acoplada, es decir: Vo = AV VSSe requiere que el circuito amplificador presente impedancia de entrada mucho mayor que la impedancia de la fuente y una impedancia de salida mucho menor que la impedancia de carga acoplada, porque entonces los cocientes de la ecuacin se aproximan a la unidad: El amplificador operacional presenta una alta impedancia de entrada (Ri), una impedancia de salida muy alta (Ro) y muy alta ganancia de tensin (A), lo que le hace un buen amplificador de tensin.

PROBLEMA 1HALLAR LA RELACION ENTRE V1 Y V2

EN LA PRIMERA ETAPA PRIMERO i1=I2

DESPEJAMOS V1

EN LA SEGUNDA ETAPA I3+I4=I5

DESPEJAMOS V2

RELACION ENTRE V1 Y V2

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