Medidas eléctricas Unidad 10

Amplificadores operacionales

Amplificadores operacionales Un amplificador operacional es un amplificador diferencial que tiene una ganancia muy alta, una elevada impedancia de entrada y una impedancia de salida baja. Los AO se los emplea para cambiar la amplitud y la polaridad de las tensiones, en los osciladores, en circuitos tipo filtro, y en muchos otros tipos de circuitos de instrumentación. El AO tiene varias etapas amplificador diferencial, consiguiendo con ello tener una elevada ganancia. La señal a amplificar siempre se conecta directamente a las entradas del AO La ganancia “A” es del orden de 105 a 107; su impedancia de entrada es del orden de 1 MΩ a 1 TΩ; la impedancia de salida es baja y varía entre 10 Ω y 100 Ω. El amplificador operacional se representa así

Los terminales 1 y 2 son los de entrada mientras que el 3 es el terminal de salida. Las señales de entrada U1 y U2 pueden ser de cualquier tipo, tanto de AC como DC. El terminal (+) se denomina entrada no inversora y el (-) entrada inversora, la tensión de salida es U3. Definimos la tensión diferencial Ud como la diferencia entre la entrada positiva y la negativa

12 UUU d −= La tensión de modo común Uc se define como el promedio de la suma de las dos entradas

221 UUU c

+=

La tensión de salida U3 está dada por

ccdd UAUAU ⋅+⋅=3 Donde: Ad es la amplificación diferencial Ac es la amplificación de modo común

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Amplificadores operacionales En un amplificador operacional se cumple que la Ad es mucho mayor que Ac ya que se trata de un amplificador diferencial y justamente se busca amplificar la diferencia entre las señales. Se define también un parámetro característico que es el Rechazo de modo común CMRR

c

d

AA

CMRR =

Valores típicos de CMRR son 104 a 106

También el CMRR se puede calcular en decibeles

c

d

AA

dBCMRR 10log20)( ⋅=

En un amplificador operacional ideal Ac=0; en consecuencia U3=Ad.Ud; en los amplificadores operacionales reales esto no sucede, por lo tanto U3 se debe calcular con la fórmula completa. La tensión de salida también puede quedar expresada en función de CMRR

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅+⋅⋅=

d

cdd U

UCMRR

UAU 113

La ecuación nos muestra que para valores grandes de CMRR la tensión de salida dependerá principalmente de Ad con el componente de modo común reducido o rechazado en gran medida. Ejemplo 1 Supongamos un amplificador operacional ideal cuya ganancia diferencial Ad vale 105. Calcular la tensión diferencial de entrada si en la salida la tensión es de 1V. Solución:

VVAUU

d

sd μ10

101

5 ===

Si la tensión diferencial no fuera pequeña el amplificador operacional entraría en saturación, esto significa que la tensión que tendrá el amplificador en su salida será la

nsión que lo polariza ±Vc.

bservaciones:

te O

ne en salida; si la señal entra por el borne positivo, la señal de salida tendrá la misma

El amplificador operacional tiene dos entradas 1 (-) y 2 (+) y una salida 3. Los signos de las entradas tienen que ver con la polaridad de la señal que se obtiela

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Amplificadores operacionales polaridad de la entrada, mientras que si lo hace por el borne negativo, la salida tendrá la

borne positivo se denomina “no inversor”,

alquier dispositivo

rización, es decir que tendrán un valor de tensión omprendido entre +Vc y -Vc.

racional cuya ganancia iferencial es de 10.000 y se lo somete a U1=243V y U2=245V.

Solución:

polaridad invertida. La señal de entrada puede ser de DC o AC, el mientras que el negativo se llama “inversor”. Un amplificador operacional debe estar polarizado como cusemiconductor, las tensiones de polarización se designan con ± Vc. En ningún momento las tensiones de entrada pueden sobrepasar el rango de variación dado por la tensión de polac Ejemplo: Calcular la tensión de salida de un amplificador oped

VVUAUVUUU

dds

d

000.202000.10224324512

=⋅=⋅==−=−=

Ésta tensión supera a la de saturación por lo tanto la tensión de salida se enclavará en

amplificador trabaja en saturación tendremos en la salida las siguientes

Si Ud es positiva, la tensión de salida será +Vc

en lazo abierto se satura inmediatamente, por ésta razón se

bservemos que Ud puede ser ruido, por ejemplo 2 mV es un valor común de ruido.

odelos de amplificadores operacionales para bajas frecuencias

mplificador operacional real

Vc. Cuando el tensiones:

Si Ud es negativa, la tensión de salida será –Vc

La Ud es muy pequeña, del orden de los μV o mV; como el amplificador operacional tiene una ganancia muy alta lo usa como “comparador”. O M A

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Amplificadores operacionales

mplificador operacional ideal

A

Referencias

odo común

e: tensión de entrada

ara el amplificador operacional ideal

c→0

Rs: impedancia de salida Re: impedancia de entrada Ad: amplificación diferencial Ac: amplificación de mUs: tensión de salida U P Rs→0 Re→∞ Ad→∞ A

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