Amplificadores Operacionales

AMPLIFICADORES OPERACIONALESEl Amplificador Operacional (AO)

Modelo del AO

Ruido trmicoTodos los resistores, transistores y diodos en los amplificadores producen ruido.La mayora de este ruido se produce en la primera etapa de amplificacin (etapa de entrada).El factor de ruido (noise factor) de un amplificador se define como:

Configuracin tpica de un AO (A741)

Caractersticas del AO

Modo DiferencialModo Diferencial

Modo Comn

Realimentacin Negativa

Amplificador No-Inversor

Ejercicio

Ejercicio

Seguidor de Voltaje

Amplificador Inversor

Ejercicio

Ejercicio

Ancho de Banda

Aplicaciones del Amplificador OperacionalComparador de voltajeDetector de cruce por cero

Comparador de voltajeDetector de cruce distinto a cero

Efecto del ruido en un comparador de voltaje

Efecto del ruido en un comparador de voltajeUtilizar histresis para reducir el ruido

Amplificador Sumador

Si R1=R2==Rn

Si R1R2RnAmplificador Sumador

Amplificador Sumador

Amplificador Integrador

Amplificador Diferenciador

Aplicaciones especiales de AOsEl amplificador diferencial (DA)La salida del DA se define como:Vo= VidAD+ VicAC

El Common Mode Rejection Ratio se define como:CMRR20 log10|AD/AC|dB

Ac f Ac 1/fNormalmente el fabricante reporta el CMRR a 60Hz

Rechazo de modo comn (CMRR)

Amplificador de Instrumentacin (AI)

Amplificador de Instrumentacin (IA)

Cuando Vi=Vi se tiene CM y se puede hacer el analisis de Ac

32Ejemplo de AI

AO comerciales Bajo ruido OPA111

AO comerciales Bajo ruido OPA111

OA de grado electromtrico Baja Ibias (OPA128)

Idealmente, la impedancia del OA es infinita, por lo tanto la corriente entre sus entradas debe ser cero. Si no lo es, aparece un voltaje de error.Aplicaciones OPA128

Aislamiento para Amplificadores MdicosLa fibrilacin cardiaca se puede inducir con mnima corriente a frecuencias entre 40 y 100 Hz.

La corriente de fuga en un amplificador para ECG debe ser menor a 10 A. Una prueba ms severa es que si un latiguillo se conecta a los 120V AC, la corriente de fuga debe ser menor a 20 A

Efectos de la corriente: en intensidad

Efectos de la corriente: en frecuencia

Cuando se debe utilizar los Iso-Amp?Para aislamientos superiores entrada/salida a los 10 MOhmios.Cuando se quiere mejorar el rechazo al modo comn (CMR).

Las aplicaciones tpicas son:

Amplificacin de seales pequeas en presencia de altos valores de seal de modo comn.Eliminacin de las conexiones de la fuente de seal a tierra (elimina lazos de tierra y ruidos entre circuitos incompatibles).Garantizar los altos niveles de aislamiento entre los transductores de bioseales en contacto con el paciente.Proporcionar proteccin tanto a equipos como a paciente cuando se producen fallas debidas a la presencia de altos voltajes de modo comn a la entrada.

IMR vs CMR

El amplificador de asilamiento (iso-amp) atena mucho ms ruido que el de instrumentacin (IA).Los amplificadores aislados eliminan ruidos tanto por atenuacin como por cancelacin.Modo de aislamiento vs. Modo Comn (IMR vs. CMR)El iso-amp tiene ruido de modo comn (CM) en su entrada as como ruido del modo aislamiento (IM) a travs de la barrera.

Amplificadores de AislamientoLas 3 formas de aislar adecuadamente la entrada de la salida son:

Utilizar un transformador toroidal de alta calidad para transmitir magnticamente el poder de la entrada a la salida

Usar un acoplamiento ptico, usualmente con modulacin de pulso.

Usar capacitores de valor pequeo (e.g. 1pF) para transmitir una seal de pulso modulado de la entrada a la salida.Amplificador de aislamiento acoplamiento capacitivoLa seal es codificada en frecuenciaEl voltaje de entrada se convierte en carga elctrica en el capacitorLa carga se transmite a travs de la barrera capacitivaSe demodula la seal a la salidaSe utilizan fuentes de poder separadas para cada ladoEjemplo de referencia: ISO121Amplificador de aislamiento acoplamiento capacitivoVentajas

Gran inmunidad a diversos tipos de ruidos magnticos y por conduccin.Buena estabilidad y linealidad.

Amplificador de aislamiento acoplamiento capacitivo

Amplificador de aislamiento acoplamiento capacitivo (ISO121)

Amplificador de aislamiento acoplamiento capacitivo (ISO121)

Amplificador de aislamiento acoplamiento capacitivo (ISO121)

Amp aislamiento por acoplamiento pticoLa seal biolgica se convierte en luz utilizando un led.Un fotodiodo recibe la seal y la vuelve a transformarEl circuito funciona con batera

Amp aislamiento por acoplamiento pticoVentajas

Alta linealidadLa frecuencia y amplitud originales se mantienenNo se necesita moduladorAlta seguridad

Amp aislamiento por acoplamiento ptico

Amp aislamiento por acoplamiento ptico

Amplificador de aislamiento acoplamiento transformadorUsa modulacin por frecuencia o utiliza una onda portadoraInternamente tiene oscilador, transformador, rectificador y filtro para las etapas aisladasEl transformador hace el acopleSe utiliza un filtro pasabajo para remover otras frecuencias.

Amplificador de aislamiento acoplamiento transformadorVentajas Alto CMRRAlta linealidadAlta precisinAmplificador de aislamiento acoplamiento transformador (ISO212)

Amplificador de aislamiento acoplamiento transformador (ISO212)

Filtros Pasivos

Pasa-Bajo

Pasa-AltoPasa-BandaFactor de Calidad = QQ>10=Banda angostaQ