7/25/2019 Teoria AO

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INTRODUCCIN

Un amplificador operacional (AO) es un amplificador diferencial de muy altaganancia e impedancia de entrada y baja impedancia de salida. Comenzaron a sercomercializados en la dcada del '6. Actualmente! su uso se "a e#tendidoprincipalmente gracias al a$ance realizado en la tecnolog%a de los C& (circuitosintegrados). e encuentran tanto en "ornos de microondas como en circuitoscontroladores de motores. on utilizados para proporcionar cambios en la amplitudy polaridad de $oltaje! en circuitos de filtros! de instrumentacin! osciladores! etc.

Smbolo:

1. CLASIFICACIN

os dise*adores de AO "an ido efectuando modificaciones al circuito originalpresentado en la dcada del '6! por lo +ue "oy e#isten di$ersas $ariantes. As%! losfabricantes clasifican a los AO seg,n una caracter%stica especial del producto- alta

$elocidad! bajo consumo! etc.

or ejemplo /ational emiconductor ofrece distintos modelos de AO! clasificados dela siguiente manera-

0n realidad ofrece menos de 123 modelos por+ue ocurre +ue $arios AO pertenecena m4s de una categor%a.

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2. CODIFICACIN

os AO (y C& en general) se presentan con distintos encapsulados en cuya carasuperior se encuentran impresos cdigos alfanumricos. ara conocer el significadode dic"os cdigos se recomienda consultar el cat4logo o manual del fabricantecorrespondiente. in embargo! podemos destacar algunas reglas generales-

2.1 Prefijo

0l prefijo indica el nombre del fabricante y a $eces ciertas caracter%sticas deldispositi$o. Como ciertos prefijos se repiten en m4s de un fabricante! algunosagregan su logo para distinguirse.

A5 O Analog 5e$ices (A5)

A 7 7 8 /0 8C 9C 7airc"ild emiconductor (7)

8C 8otorola (8ot)

7 8 (2) /ational emiconductor (/)

8C A UA "ilips emiconductor ()

7 8 8C : : UA ;

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CerA o C7 (Ceramic 7lat ac@age) U (:&) ? B (/! :&) ? ...

CCC o CC o CCC (eadless Ceramic C"ip Carrier) 7 (:&) ? ...

5& o 5& (lastic 5ual

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3.2 $%"&'(ul&)o(

D32

E

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:O

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!. *O+AS D$ DATOS

as "ojas de datos (data s"eets) son el conjunto de especificaciones dado por elfabricante respecto a un determinado producto.

as "ojas de datos correspondientes a distintos fabricantes presentan semejanzas ydiferencias. 0n general! pueden contener la siguiente informacin-

!.1 De("ri'"i,% -e%er&l e(/uem& )el "ir"ui#o

!.2 P&r0me#ro( m0imo( &b(olu#o(:si se superan! el dispositi$o puede da*arsepermanentemente. Jajo ninguna circunstancia deben ser igualados o superados.

Supply Voltage (voltaje de alimentacin)

Power Dissipation (potencia de disipacin)

Differential Input Voltage (voltaje diferencial de entrada):$oltaje l%miteaplicado entre ambas entradas.

Input Voltage or ommon !ode Voltage (voltaje de entrada en modocom"n):$oltaje l%mite aplicado simult4neamente a ambas entradas.

#perating $emperature (temperatura de operacin):es el rango detemperatura ambiente para el cual el AO opera dentro de lasespecificaciones del fabricante. /otar la diferencia entre distintas $ersiones.

#utput S%ort&ircuit Duration (duracin del cortocircuito a la salida):tiempodurante el cual la salida del AO puede cortocircuitarse a tierra o a cual+uierade las fuentes de alimentacin sin sufrir da*os.

!.3 C&r&"#er(#i"&( el"#ri"&(:son a+uellos par4metros +ue pueden afectar olimitar el desempe*o del circuito. Cotejando "ojas de datos de distintos AO! eldise*ador puede elegir a+uel dispositi$o cuyas caracter%sticas cumplan lasespecificaciones de dise*o de su poryecto.

Input #ffset Voltage (voltaje offset de entrada):es el $oltaje 5C e+ui$alente+ue debe aplicarse a una de las entradas mientras la otra est4 conectada atierra para obtener KLM a la salida.

Input 'ias urrent (corriente de polariacin de entrada):es el promedio delas corrientes +ue circulan por las terminales de entrada en un AO no ideal.(&JNN&J

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Input Voltage ange (rango de voltaje de entrada en modo com"n):es elrango de $oltaje de entrada en modo com,n para el cual la salida nopresenta distorsin.

Input esistance (resistencia de entrada): es la resistencia interna deentrada $ista desde cual+uier entrada mientras la otra permanece conectada

a tierra. #utput esistance (resistencia de salida):es la resistencia interna $ista

entre la salida y tierra.

#utput S%ort&ircuit urrent (corriente de salida en cortocircuito):m4#imacorriente de salida +ue el AO puede entregar a la carga.

!a*imum pea+ output voltage swing (voltaje de salida m,*imo o voltaje desaturacin): en el AO ideal el $oltaje de salida m4#imo es igual al $oltaje dealimentacin.

-arge&Signal Voltage .ain or #pen&-oop Voltage .ain (ganancia de voltajeen lao a/ierto)

Slew ate at unity gain (ran o tasa de cam/io para ganancia unitaria):

idealmente la salida debe seguir a la entrada sin distorsiones! sin embargo elAO real tiene dificultades para seguir se*ales +ue cambian con el tiempo.As%- 9=LoIt

Supply urrent (corriente de la fuente): corriente +ue el AO consume de lafuente de alimentacin.

! ommon&!ode ejection atio (ran de rec%ao en modo com"n):es una medida de la "abilidad del AO para rec"azar se*ales presentessimult4neamente en ambas entradas. &dealmente las se*ales comunes noinfluyen sobre la salida! pero para un AO real se define C899 = AdIAcm =ganancia diferencialIganancia en modo com,n. Usualmente se mide endecibeles! donde C899(dJ)=GlogC899. 0jemplo- si un AO presentaC899=FdJ! podemos decir +ue las se*ales comunes son amplificadasalrededor de 1 $eces menos +ue las se*ales no comunes.

%annel Separation (separacin de canales): cuando en un encapsulado seencuentran m4s de un AO! tambin suele presentarse interferencia entreellos. 0s decir +ue en un D3D! laIs se*ales presentes en las entradas de unAO repercuten en la salida del otro. a medida de +u tan bien las se*alespresentes a la entrada de un AO son rec"azadas o atenuadas a la salida delresto de las secciones se mide en dJ y se calcula como Glog($o2I$oG).0jemplo- si la separacin de canales de un D3D es de 2G dJ! una se*al desalida $o2=2L implicar4 una se*al de salida $oG=2L.

ise $ime (tiempo de crecimiento): tiempo +ue la salida tarda! en respuestaa un pulso de entrada! en pasar del 2 al F de su $alor final.

4.4 Curvas tpicas:muestran gr4ficamente cmo $ar%an las caracter%sticas elctricasen funcin de distintas $ariables como la temperatura! la frecuencia! el $oltaje dealimentacin y el tiempo.

!. Co%fi-ur&"i,% )e 'i%e(4 e%"&'(ul&)o( )i('o%ible( )ime%(io%e( f(i"&(

!.5 A'li"&"io%e( #'i"&(: esta seccin se omite si el fabricante ofrece notas deaplicacin en su lugar.

. CONSID$RACION$S PR6CTICAS

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.1 $le""i,% )e lo( 7&lore( )e lo( "om'o%e%#e( e#er%o(

5ado un AO en alguna de las configuraciones b4sicas! en el c4lculo de la gananciade lazo cerrado inter$iene el cociente 9GI92. :ericamente slo interesa el $alordel cociente y no el de los resistores en s%! as% seleccionar 9G=2 y 92=2 ser%ae+ui$alente a elegir 9G=11@ y 92=11@. in embargo! en la pr4ctica se utilizan

resistores con $alores mayores a 2@.

.2 Alime%#&"i,%

Al implementar un circuito! las fuentes de alimentacin de los AO deben ser lasprimeras en ser encendidas y las ,ltimas en ser apagadas.

.3 Sur&"i,%

84s all4 de lo +ue indi+uen los c4lculos tericos! la salida nunca podr4 superar el$alor indicado por el fabricante como ma*imum pea+ output voltage swing0 el cual

generalmente es inferior al $oltaje de alimentacin.

.! Com'e%(&"i,% )el 7ol#&je off(e# )e (&li)&

Limos +ue en un AO ideal! si la diferencia de $oltaje entre sus entradas es cero! susalida es nula. 0n la pr4ctica esto no es as%. 0l $oltaje presente a la salida de unAO ante una entrada diferencial nula se denomina voltaje offset de salida. 0ste$oltaje! aun+ue pe+ue*o! es una fuente de error en el desempe*o de circuitos conAO. 0l $alor del $oltaje offset de salida no se indica en las "ojas de datos por+uedepende de ciertos factores! pero se puede calcular. a fuente de este $oltaje seencuentra en el $oltaje offset de entrada y en las corrientes de entrada al AO.

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i siguiendo los pasos anteriores no se logra anular el offset! se pueden emplear AO+ue incorporen en su dise*o la posibilidad de conectar e#ternamente unpotencimetro para lograr el ajuste a cero. 0stos AO se caracterizan por poseerterminales denominadas offset null1 0n la "oja de datos del fabricantecorrespondiente se indica cmo efectuar las cone#iones e#ternas. or ejemplo-

i el AO utilizado no cuenta con las terminales offset null! e#iste la posibilidad deagregar un circuito compensador e#terno. (consultar la bibliograf%a para mayorinformacin).

5. OTROS AO

5.1 Am'lifi"&)or Nor#o%

0s un tipo de amplificador operacional dise*ado espec%ficamente para operar conuna ,nica fuente de alimentacin. :ambin se conoce con el nombre de current&differencing amplifier (D2) por+ue en lugar de amplificar la diferencia de $oltaje

presente entre sus terminales de entrada! como los AO con$encionales! elamplificador /orton produce un $oltaje de salida +ue es proporcional a la diferenciade las corrientes +ue ingresan a sus terminales de entrada. 0jemplo de C5Acomercial- 81HF.

5.2 Am'lifi"&)or O'er&"io%&l )e Tr&%("o%)u"#&%"i&

0l operational transconductance amplifier (#$2) es un tipo de amplificador $oltaje