amplif.operac.

Tema 6 – Amplificadores Operacionales Rev 4

AMPLIFICADORES

OPERACIONALES

Pr

G

M Departamento de Ingeniería de la Información y Comunicacio

Universidad de Murcia


CONTENIDO

• Introducción • El amplificador diferencial • El amplificador operacional ideal • Caracterización de un amplificador operacional no

– Alimentación del amplificador operacional – Slew – rate – Excursión de la tensión de salida – Errores de continua. – Cancelación de los efectos de las corrientes de polar – Restricción del cortocircuito virtual

• Circuitos amplificadores: inversor, no inversor,

sum integrador y derivador. • Seguidor de tensión. • Anexo VI.I. Conversión Digital – Analógica (DAC) c

Departamento de Ingeniería de la Información y Comunicacio



INTRODUCCION

• En la década de los cuarenta, las calculadoras ana circuitos electrónicos analógicos para realizar ciert complejidad que presentaban se solucionaba al to señal de salida e introducirla en la entrada (realim nombre de amplificador operacional proviene p usado inicialmente para realizar operaciones analó

• Cuando el AO se realimenta, el circuito trabaja en Cuando no existe realimentación, opera en condici abierto.

• Por medio de redes de componentes pasivos (resis condensadores, bobinas) se consigue una gran var funcionalidades (inversor, no inversor, seguidor, su etc.), respondiendo el sistema a la configuración a valores de los componentes, sin que afecten las va características del AO. Es decir, el sistema es indep dispersión de las características del AO debido a lo fabricación.


EL AMPLIFICADOR DIFERENCI

• El Amplificad

dispone de dos

(aplicadas a lo

no inversor), p

tensión de sali

diferencia entr

entrada. (ver f

• Notación:

– La diferenci

entrada se l

entrada di

– La gananci ganancia de

– La tensión común (Vic tensiones d

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AMPLIFICADOR OPERACIONAL. DEFINICIÓN

• Todas las diferencias respecto a masa.

• Dispone de dos termi uno de salida

• Y dos terminales para alimentación +Vcc y

• El A.O. solo tiene dos

funcionamiento:

– Lineal: la salida tom entre +Vcc y –Vcc.

– Saturación: la tensi valor de los dos val +Vcc ó –Vcc.

• La operación que sie

Vo Av (V1 V


AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL

• Características AO real (u741): – Zi=100MOhm – Avo=100000 – Zo=40 Ohm.

– WD [1Hz, 1MHz]

Zo

• Característica – Impedanci

– Ganancia e

infinita par – Ganancia n

modo com – Impedanci – Ancho de

– Ausencia d

característi Zi


ALIMENTACION DEL AMPLIFICADOR OP

• Al menos es necesario aplicar una alimentación continua, pudiendo tensión iguales pero de signo con (alimentación simétrica), o difere asimétrica).

• La selección de los valores de ten el tipo de alimentación depende d que deba trabajar.

• Las dos alimentaciones represent rango de valores posibles de la te amplificador operacional, es decir podrá alcanzar el valor de tensión de alimentación (ver Excursión de Salida).

• Se debe tener en cuenta que muc

Alimentación del AO muestran explícitamente las cone

de alimentación en los esquemas

electrónicos.


SLEW RATE

• Un efecto no lineal de los AO reales es que la varia

salida en el tiempo está limitada (SLEW-RATE: ve • La tensión de salida no puede aumentar (o

disminu este límite.

– Como dato indicativo, decir que el uA741 y alimentac

RL>2k, el valor típico es 5x105 V/s (se suele expresa • El slew-rate puede ocasionar que la forma de la on

amplificador real pueda ser muy diferente a la de


EXCURSION DE LA TENSION DE SA

• Existen varios mod para los amplificad reales:

– La tensión de sal

máximo y un lími • Si la señal de entra

grande, la salida pu límites, dejando así produce un recorte

• El margen de tensi

producirse el recort la resistencia de ca alimentaciones.

• Por ejemplo, para

e +15v y –15v, tiene en unas determina y –14v.


ERRORES DE CONTINUA

• Los AO contienen circui acoplados en continua. sale de los terminales d operacional, siendo: – IB+ corriente que entr

inversora. – IB- corriente que entra – I es la media de esta

B

denomina corriente d current).

• En el caso ideal (caract simétricas) siendo amb

• En el caso real, las corr

no son iguales, creando

corriente de desviaci • Otro error es tener una

diferente de cero para

entrada nula (offset v



CANCELACION DE LOS EFECTOS DE LAS CO POLARIZACION

• Consiste en d

anulen los efe

fuentes de co

polarización.

• En la configur se añade una entrada no in producen ca

del amplificad efectos de las

• El valor de di ser el paralelo resistencias (


REALIMENTACIÓN

• Definición – Conectar o inyectar una señal de la salida con

entradas – Una muestra de tensión o corriente en algún p

llevamos a la entrada • Realimentación positiva. Cuando la rea

hace a la entrada no inversora. Circuitos i rápidamente la salida se satura a los valor mínimo (tensiones de alimentación)

• Realimentación negativa. Cuando la

re hace a la entrada inversora. La ganancia s respecto al valor en lazo abierto y el circui estable.


RESTRICCION DEL CORTOCIRCUITO

• Aproximando las características al modelo ideal, se facili teniendo en cuenta lo siguiente:

– La impedancia del operacional se considera infinita, por lo

entrada al operacional se pueden considerar nulas. – Si existe realimentación negativa, se puede considera

encuentran siempre al mismo potencial (siempre que no se saturación). Decimos que existe un cortocircuito virtual ya que aunque tienen la misma tensión, entre ellas no circ

• Esto se debe a que la ganancia del AO es tan elevada q

milivoltio de tensión diferencial entre las entradas satura al realimentar negativamente, si ambas tensiones se de ser iguales, la realimentación negativa compensa esta d las entradas tomen nuevamente el mismo valor.

• Así pues, en lazo abierto las entradas pueden tener

pote que no existe ninguna realimentación.


AMPLIFICADOR INVERSOR

• La determinación tensión en bucle c teniendo en cuent cortocircuito virtua negativa), las leye teniendo en cuent las entradas es nu Suponiendo que e

está al mismo pot no inversora, la co del generador de s R1 tendrá que con R2 hasta el termin

iR1

iR 2

VIN V

V

R1 R

R2

VO

VIN

R1


AMPLIFICADOR NO INVERSO

• Se trata de un amplificador con Av > 0. • La ganancia viene dada por la relación entre las resiste

realimentación. • La impedancia de entrada es teóricamente infinita, pue

entrada es cero. • Al ser la ganancia independiente de la carga, la tensión

independiente de la carga; por tanto, la impedancia de

ii i i 0

iR1 iR 2 iR

V1 V V VIN

iR1

V1

VIN

R1 R1

VO iR (R1 R2 ) VIN

VO

R2

AV

1

VIN

R1


SEGUIDOR DE TENSION

• Del amplificad

puede deduci

mínima es la

o si R1 se dej

• La tensión de entrada (segu

• Se utiliza prin

etapa de ada al sistema, pr resistencia de

• En el circuito previa al inve seguidor para etapa inverso generador de además una entrada.


CIRCUITOS AMPLIFICADORES: INVERSOR EN EN CA

• El estudio del inversor C desarrollado anteriorme

• En el acoplado en corrie un condensador que blo las siguientes peculiarida

– Para calcular Rbias (ca corrientes de polarizaci cuenta los efectos de R corrientes en continua bloqueada por el conde

– Solamente se invertirá variable inyectada por frecuencias medias, y l del condensador a dich


CIRCUITOS AMPLIFICADORES: SUMADOR

• La salida es la inversa de la suma de las tensiones d • La entrada no inversora está a masa, por lo que al t

negativa la entrada inversora estará virtualmente a • Desde cada una de las entradas circula una corrient

inversora, que no tiene otro camino de salida que di amplificador a través de la resistencia de realimenta

• Aplicando la 1ª Ley de Kirchoff, y la Ley de Ohm, se

salida en función de las de entrada.

i A iB i f

VA

V

VB

RA R

VA V

O

R f RA


CIRCUITOS AMPLIFICADORES: DIFER

• La tensión de constante mu diferencial de

• La ganancia p común es cer

• Para minimiza corriente de p

deberían sele

R1=R3.

vO R2 v1

R1


CIRCUITOS AMPLIFICADORES: INTE

• Su tensión de proporcional tiempo de la

• Es útil en inst ejemplo, un a devuelve una la aceleración

Aplicada a un

obtiene la vel objeto. Volvie obtiene la po

iin (t)

vC (t)

vO (t)

vO (t)

v

in

(

t

) R

1 tx C ∫0 iin

vC (t) RC

1 ∫



CIRCUITOS AMPLIFICADORES: DERI

• Su salida es prop en el tiempo de la

• Su análisis es sim únicamente que l entrada es la corr condensador teni diferencia de tens sometido es la de

masa virtual.

iin (t) C

vO (t)

vO (t)


ANEXO VI.I – CONVERSION DIGITAL – ANALO AMPLIFICADORES OPERACIONA

• La conversión digital analógica consiste en reconstruir u partir de los códigos binarios.

• La señal del DAC no es exactamente la misma que la

se por los siguientes motivos:

– Los códigos no contienen información sobre el valor de la muestras. La señal reconstruida es una aproximación esca original. Un filtro paso bajo realiza la aproximación (ver fi

– La señal reconstruida está retrasada en el tiempo respect

– La diferencia más im

reconstruida y la señ

hecho de que los có

amplitudes exactas d

DAC debe aproximar

central de la zona co

diferencia entre los v

amplitudes reconstru

o ruido de cuantifi


ANEXO VI.I – CONVERSION DIGITAL – ANALO AMPLIFICADORES OPERACIONA

• Un ejemplo de DAC es el implementado a partir de resistencias ponderadas y un amplificador operacio

• Se basa en controlar los conmutadores mediante lo

correspondientes del código de entrada. Para di=1 conecta a la entrada del operacional; si di=0, se co

• La corriente que circula por cada resistencia es inde

que estén conectadas, siendo io la suma de todas l

ii

vO

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