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Dr. Leobardo Hernndez Gonzlez

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6.- Amplificadores operacionales (Opamp)


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6.1. Introduccin

El amplificador operacional desde su desarrollo comercial, ha tenido una gran impacto en

el diseo de circuitos electrnicos. Su popularidad se debe principalmente a las siguientes

caractersticas:

Muy alta impedancia de entrada (>200K). Baja impedancia de salida (400khz). Baja corriente de polarizacin a la entrada (30nA-500nA).

En la Figura 6.1 se muestra el smbolo tpico, donde se tienen dos entradas (inversora y no

inversora), terminal de salida y terminales de polarizacin.

Figura 6.1. Smbolo del amplificador operacional


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En la Figura 6.2 se muestra la estructura interna del amplificador LM741.

Figura 6.2. Estructura interna del amplificador operacional LM741 de Texas Instrument


4 Figura 6.3. Clasificacin de aplicaciones de los Opamp.


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Para utilizar y aplicar el amplificador operacional, es necesario primero entender el

concepto de corto-circuito virtual, el cual se caracteriza por:

Corto-circuito real Corto-circuito virtual

En el amplificador operacional se presenta este concepto y es importante para el anlisis

circuital de las distintas configuraciones que se pueden obtener, en la Figura 6.4 se muestra

el anlisis de corriente-voltaje para corto-circuito virtual a la entrada del amplificador

operacional.

0V

I

0

0

V

I

Figura 6.4. Corto-circuito virtual

0 0 0 (Typ. nA)

V V 0V (Typ. 10mV)

Vd V V 0V

I I


6

6.2. Configuraciones bsicas con amplificadores operacionales

Existen diversas configuraciones que se pueden realizar con los Opamp, y se iniciara su

anlisis con los esquemas bsicos.

a) Inversor

00 1

1

0

00

1 1

:

:

0 0 :

IN dF

F

IN FIN

F

aplicando LK al nodo

V V V Vdi I I

R R

como

i y Vd se obtiene

V V RV V

R R R

0

1

1

180

FV

IN

IN

V RG

V R

R R

1

1

:

:

IN

IN

V

F V

Dado R como condicion de diseo

R R

Dado G como condicion de diseo

R R G

Figura 6.5. Inversor.


Ejercicio 6.1

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Disese un amplificador inversor para los siguientes datos a cumplir: GV=20 y RIN=1k.

Si la seal de entrada es de 300mVpp dibuje la forma de onda de salida esperada, si la

resistencia de salida del generador es de 50, Cunto vale el error por efecto de carga?.

Solucin:

1

0 _

0

1

1 20 20

0.3 20 6

1 0.30.285

1 50

0.285 20 6% 100 5%

6

IN

F

pp input pp V

pp pp pp

ppIN pp

pp pp

pp

R R k

R k k

V V G

V V V

k VV V

k

V VError

V


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Figura 6.6. No inversor.

1 0

0

00

1 1

:

:

0 0 :

1

F

IN IN FIN

F


I I i

como

i y Vd se obtiene

V V V RV V

R R R

0

1

1

0

FV

IN

IN inOpamp

V RG

V R

R R

1

1

:

:

1

IN

V

F V

Como R no depende de componente externo

R se puede selecionar de valor pequeo

Dado G como condicion de diseo

R R G

Mayor impedancia de entrada y mayor GV sin desfasamiento.

c) No inversor


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c) Seguidor

Figura 6.7. Seguidor.

0

0

:

0 0 :

IN


i y Vd se obtiene

V V

0 1

0

V

IN

IN inOpamp

VG

V

R R

Alta impedancia de entrada (depende de la RIN_Opamp) GV cercana a la unidad. Cero desfasamiento. Ideal para acoplar impedancias (Anlogo del colector-

comn).


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c) Sumador

Figura 6.8. Sumador de n-entradas.

0 1 21 11 1

1 20

1 1

:

expresin general

nF n

F n

nF

n

aplicando LK al nodo A

V VV VI I I I

R R R R

VV VV R

R R R

0

:

0

0

recordando

i

Vd

1

2

1

2

:

n

IN

IN

IN n

La resistencia de entrada

que ve cada fuente es

R R

R R

R R


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Aplicacin como mezclador a partir del amplificador sumador


Aplicacin para obtencin de promedio de n-seales


1 20

1 2

0 1 2

1 2

0

nF

n

Fn

F

n

VV VV R

R R R

RV V V V

nR

V V VV

n


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Aplicacin practica del circuito de obtencin de promedio


AD590: Sensor de temperatura con salida a corriente.

CAS: Circuito Acondicionador de Seal de promedio de temperatura.

El circuito entrega a la salida el promedio de la temperatura sensada, para un

mejor control del ventilador.


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Convertidor Digital-Analgico con resistores ponderados

Figura 6.11. Convertidor Digital-Analgico.

1 20

1 2

0

0

2 4 2

1 1 1 1

2 4 8 2

nF

n

F F FR n

F F F

R n

VV VV R

R R R

R R RV V

R R R

V V

MSB LSB

Para 3 Bits por palabra digital y con

V0=10V:

0

0

0.5 0.25 0.125 0.875

1011.42

0.875 0.875

0.875 11.42 10

R R

OR

V V V

V VV V

V V V

Para 4 Bits por palabra digital y con

V0=10V:

0

0

0.5 0.25 0.125 0.0625 0.937

1010.67

0.937 0.937

0.937 10.67 10

R R

OR

V V V

V VV V

V V V


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Desventajas

El nmero de resistores ponderados a utilizar es igual al nmero de bits que conformen la palabra digital.

Se necesitan n-nmero de resistores de n-valores diferentes. Imprctico para palabras digitales de 8 o mas bits. El valor de VR es particular para cada caso de estudio.

Solucin

Utilizar una configuracin donde se tenga un mnimo de valores diferentes de

resistores y se utilice un solo valor VR.

Red R-2R


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