AMPLIFICADORES OPERACIONALES

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Arturo Rosales

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Amplificador Operacional Inicios

El Amplificador Operacional fue desarrollado para ser utilizado en computadoras analgicas en los inicios de los aos 1940. Los primeros Amplificadores Operacionales (Op. Amp.) utilizaban los tubos al vaco, eran de gran tamao y consuman mucha potencia.

En 1967 la empresa "Fairchild Semiconductor" introdujo al mercado el primer amplificador operacional en la forma de un circuito integrado, logrando disminuir su tamao, consumo de energa y su precio.

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AMPLIFICADOR OPERACIONAL (OP_AMP)

Bsicamente el Op.Amp es un dispositivo amplificador de la diferencia de sus dos entradas, con una alta ganancia, una impedancia de entrada muy alta, (mayor a 1 M) y una baja impedancia de salida (de 8 a 20 ).

Con estas caracterstica se deduce que las corrientes de entrada son prcticamente nulas y que tiene la caracterstica de poder entregar corriente relativamente alta

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Esquema

Tiene 2 entradas y una salida

Smbolo

Donde:

Vn entrada inversora (V-)

Vp entrada no inversora (V+)

V0 salida

Vd = Vp - Vn diferencia de las dos entradas

Y siempre se cumple la ecuacin:

Donde AV es la ganancia de voltaje ( normalmente 105 = 100 dB)

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Bloques funcionales

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Amplificador Diferencial

En un amplificador diferencial Ideal

Donde Ad Ganancia en modo diferencial

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Simulacin

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Modelo Simplificado de AO

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Tierra Virtual

Como ZIN IIN1 = IIN2 0

Se considera como circuito abierto

Como V = V2 V1 0 V1 = V2

Se considera como cortocircuito virtual

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USOS

Inicialmente fue utilizado para resolver operaciones matemticas (Adicin, integracin, derivacion, inversin computacin analgica)

Amplificacin

Filtrado analgico

Conversin V/I e I/V

Rectificacin

Deteccin de umbral, comparadores

Generadores de onda

Conmutacin digital

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Que tiene internamente?

Internamente el Amplificador Operacional contiene un gran nmero de transistores (20), resistores(10), capacitores, etc..

Hay varios tipos de presentacin de los amplificadores operacionales, como el paquete dual en lnea (DIP) de 8 pines o patitas.

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Circuito interno de un AO

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Diagrama de un Amp. Op 741C

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A.O REAL

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Principios bsicos de los AO

Amplificador Operacional Ideal

Caja negra con terminales de entrada y salida

Si Vd = 0 Vo = 0

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Configuraciones bsicas del AO

Los amplificadores operacionales se pueden conectar segn dos circuitos amplificadores bsicos:

inversor (Multiplicador de ganancia cte con desfase de 180)

no inversor (Multiplicador de ganancia cte sin desfase)

El amplificador inversor

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Ecuaciones para el AO inversor

Malla de entrada

Malla de salida

Despejando i de (1)

Reemplazando en (2) y un poco de algebra

Para AO A para un AO real

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De la ecuacin para la corriente i

Para un AO real

luego

Independiente de

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Ejercicio

De la ecuacin

Demostrar

Donde

Es la ganancia real

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Ganancia unitaria

Si RF = R1 en

Ganancia de voltaje -1, inversin de fase

Si RF = nR1

Ganancias precisas afectadas solo por la temperatura y otros factores del circuito

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Simulacin

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Amplificador No inversor

Amplificador de ganancia constante

Debido a que Vd=0 (V+ = V-, tierra virtual)

El voltaje a travs de R1 corresponde a un divisor de voltaje, es decir

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Ejemplo

Cual seria el voltaje de salida Vo de un AO no inversor si el voltaje de entrada Vi = 1mV y RF=100 y R1 = 10k

Solucin

V0 = (1+RF/R1)V0= (1+100k/10k)*1mV = 11mV en fase con la entrada

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Simulacin

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Amplificador operacional Sumador inversor

Para n entradas

Malla de salida

Como

luego

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Aplicando SLK a las mallas de c/u de las entradas

.

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Cada entrada suma un voltaje a la salida

Multiplicado por su ganancia por separado

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Ejemplos

Calcule el voltaje de salida de un AO sumador para los siguientes valores (RF = 1M)

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Simulacin ejemplo 1

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Simulacin ejemplo 2

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AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO SUMADOR AC

INVERSOR DE VOLTAJE

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Amplificador operacional como integrador

Si el componente de retroalimentacin en un AO inversor es un capacitor se obtiene un AOI

Malla de salida

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Derivando respecto al tiempo

Aplicando SLK a la malla de entrada

igualando (1) con (2)

Integrando a ambos lados

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La salida es la integral de la entrada, con inversin de fase y un multiplicador de escala

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Ejemplo

Aplicar un voltaje fijo DC a la entrada de un AOI

Donde

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Simulacin

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Otro ejemplo

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En general: Integrador sumador

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Amplificador operacional como diferenciador

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Ejemplo

Aplicar la seal

A la entrada del AOD, observar la salida

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Solucin

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Ejercicio

Aplicar la seal de la figura a la entrada del AOD y observar la salida

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Solucin

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Seguidor de tensin

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Seguidor de Tensin

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Amplificador Diferencial

Es aquel en el cual el voltaje de salida es funcin de los voltajes de entrada, es decir:

Una de ellas se deja constante para que sirva como seal de referencia

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Mallas de salida:

Malla de entrada:

Despejando i1 e i2 de 1 y de 2 respectivamente

Reemplazando (4), (5) y (6) en (3)

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Despejando V0 y teniendo en cuenta que 1/A