Configuraciones basicas del amplificador operacional Clase 5
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CONFIGURACIONES BÁSICAS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL Clase 10-Noviembre-2014
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Configuraciones basicas del amplificador operacional Clase 5
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CONFIGURACIONES BÁSICAS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONALClase
10-Noviembre-2014
CONFIGURACIONES BÁSICAS
Anteriormente se trataron las características relevantes de un amplificador
operacional, con base a lo que seria un dispositivo ideal.
Los amplificadores operacionales en la práctica tienen comportamientos
muy semejantes a lo descrito; solo que para operar como se ha explicado
es necesario acoplar sus terminales, resistencias de valores calculados
para configurar algunas de las formas de operar.
CONFIGURACIONES BÁSICAS
Se pueden conectar según dos configuraciones básicas: inversora y no
inversora; casi todos los demás circuitos con amplificadores operacionales
están basados, de alguna manera, en estas dos configuraciones.
CONFIGURACIONES BÁSICAS
Amplificador Operacional Inversor
La figura ilustra la primera configuración básica del Op Amp, el
amplificador inversor.
Amplificador Operacional Inversor
CONFIGURACIONES BÁSICAS
Amplificador Operacional Inversor
En este circuito la entrada no inversora está conectada a tierra, y la señal
por amplificar (llamémosle se amplifica a la entrada inversora a través
de , con retroalimentación desde la salida a través de , al aplicar las
propiedades anteriormente establecidas del Op Amp ideal, las
características distintivas de este circuito se pueden analizar como sigue.
CONFIGURACIONES BÁSICAS
La ganancia de este amplificador es:
………………(1)
La ecuación (1) se refiere a la ganancia de lazo cerrado, también
representada por . El signo negativo de la expresión (1) indica el cambio de
fase entre la señal de salida y la de entrada. En esta expresión se puede
ver que el voltaje de salida esta proporción directa a la relación que existe
entre la resistencia de realimentación y la resistencia de entrada .
CONFIGURACIONES BÁSICAS
………………(2)
Por esta razón, a este amplificador también se le conoce como
multiplicador inversor de ganancia constante.
En un Op Amp existe también la ganancia en lazo abierto , que es la razón
del voltaje de salida entre el voltaje de entrada sin realimentación externa.
CONFIGURACIONES BÁSICAS
A la razón de la ganancia en lazo abierto entre la ganancia en lazo cerrado
se le conoce como ganancia de lazo
EJEMPLO 1
Calcula el voltaje de salida del circuito amplificador mostrado en la figura,
si el voltaje de entrada es de 1.5 V
EJEMPLO 1
Solución
Datos
Planteamiento
Se trata de un amplificador inversor cuyo voltaje de salida se calcula
directamente con la ecuación (2)
EJEMPLO 1
Solución
Desarrollo
Al aplicar la ecuación (2) se tiene:
EJEMPLO 1
El amplificador inversor real tiene propiedades adicionales con relación al
amplificador inversor ideal. La ganancia se puede variar ajustando el valor
de , o bien el de . Si varia desde cero hasta infinito, la ganancia varia
también desde cero hasta infinito, puesto que es directamente proporcional
a .
La impedancia de entrada es igual a entonces únicamente determinan la
corriente , por lo que a corriente que circula por es siempre , para
cualquier valor de dicha .
CONFIGURACIONES BÁSICAS
Amplificador operacional no inversor
La segunda configuración básica del Op Amp es el amplificador no inversor
o multiplicador, mostrado en la siguiente figura.
Amplificador OperacionalNo Inversor
CONFIGURACIONES BÁSICAS
En este circuito, el voltaje se aplica a la entrada no inversora , y una
fracción de la señal de salida, , se aplica a la entrada a través del divisor
de voltaje formado por .
Por tanto el voltaje de salida es:
CONFIGURACIONES BÁSICAS
A partir de la ecuación (5), se puede obtener la relación de voltaje da salida
respecto del voltaje de entrada, lo que nos da una ganancia en
EJEMPLO 2
Calcula el voltaje de salida del circuito amplificador mostrado en la figura,
si el voltaje es de 1.5 V.
EJEMPLO 2
Solución
Datos
Planteamiento
Se trata de un amplificador no inversor cuyo voltaje de salida se calcula
directamente con la ecuación (4).
EJEMPLO 2
Solución
Desarrollo
Al aplicar la ecuación (5) se tiene
CONFIGURACIONES BÁSICAS
Amplificador Operacional como seguidor unitario
Una modificación especial del amplificador no inversor es la etapa de
ganancia unitaria mostrada en la figura
El Op Amp operando como un seguidor unitario
CONFIGURACIONES BÁSICAS
Amplificador Operacional como seguidor unitario
En este circuito la resistencia de entrada se ha incrementado hasta infinito
y es cero, y la realimentación es de 100%. Entonces es exactamente igual
a El circuito se conoce como seguidor de emisor o seguidor unitario,
puesto que la salida es una replica en fase con ganancia unitaria del voltaje
de entrada. La impedancia de entrada de esta etapa también es infinita.
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR Amplificador Operacional como seguidor unitario
A partir de las configuraciones básicas del amplificador operacional se
elaboran una serie de circuitos de aplicación práctica como los que se
explican a continuación.
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR Amplificador Sumador
En la configuración de un amplificador sumador se establece que el voltaje
de salida es la suma algebraica invertida de los voltajes de entrada
multiplicados por un factor corrector, que esta dado por la relación del
resistor de retroalimentación respecto de la resistencia, en la cual se
aplica la señal de entrada. Lo anterior tiene su expresión matemática
siguiente:
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR Hay una ganancia global del circuito que esta dada por el valor de la cual,
cuya forma de conectar es hacia la terminal de entrada, hace que el
sistema se comporte como el amplificador inversor básico. A las ganancias
individuales se les aplican independientemente los factores de escala
dados por los valores de ., etcétera. Del mismo modo determinan las
impedancias de entrada de los respectivos canales usados para la
aplicación de señales individuales. El circuito puede contar con cualquier
número de entradas, basta añadir resistencias de entrada adicionales en el
nodo suma.
EJEMPLO 3
Calcula el voltaje de salida del circuito amplificador sumador mostrado en
la figura, si los voltajes de entrada son y los resistores de los canales de
entrada son . El resistor de retroalimentación es .
EJEMPLO 3
Solución
Datos:
Planteamiento
Se trata de un amplificador sumador cuyo voltaje de salida se calcula
directamente con la ecuación (8)
EJEMPLO 3
Desarrollo
Al aplicar la ecuación (8) y sustituir los valores dados, se tiene:
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR Amplificador integrador
Las configuraciones básicas vistas hasta ahora consisten en redes
resistivas conectadas al OP Amp; sin embargo, para realimentación de la
salida hacia la entrada también se emplean capacitores. Cuando se utiliza
un capacitor en tales condiciones, esta configuración constituye un
amplificador integrador, como se muestra en la figura siguiente.
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR
Configuración del amplificador integrador
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR El capacitor realimentador en el amplificador integrador, se identifica por ,
y se coloca en la red como se muestra en la figura siguiente. Este
amplificador integrador entrega un voltaje que en función del tiempo se
expresa como
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR
Configuración de un circuito integradorsumador
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR A este amplificador integrador se le aplican varias señales de entrada, uno
de los usos mas frecuentes que se le da en las computadoras analógicas,
convirtiendo la ecuación (9) en una suma de señales de entrada,
integradas cada una de ellas y afectadas por un factor modificador por la
característica propia de cada entrada, como se muestra en la siguiente
ecuación:
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR Existen en el mercado diversas presentaciones para los amplificadores
operacionales. Una de las mas usadas es la que se presenta a
continuación, que consiste en un encapsulado tipo DIP en cuyo interior se
tienen dos amplificadores, el cual se trata de un circuito impreso o bien en
un protoboard.Amplificador operacional de
Diagrama estructura interna del dispositivoPresentación Física
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR Amplificador de más de una etapa
Se dijo que la ganancia de voltaje de un amplificador se determina al
comparar el voltaje de salida con el voltaje de entrada . Pero aun mas si el
voltaje de salida de un amplificador se aplica a la entrada de un segundo
amplificador se tendrá una segunda etapa de amplificación. De ahí que se
habla de amplificadores multietapas, en los que cada una de las etapas
tiene su propia ganancia de voltaje , donde nos indica el numero de la
etapa correspondiente.
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR Esto es, si se tiene un amplificador con tres etapas que se pueden
identificar como la ganancia total de este sistema será:
Y
CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOR Esto es, si se tiene un amplificador con tres etapas que se pueden
identificar como la ganancia total de este sistema será:
Y
EJEMPLO 4
Calcula el voltaje de salida para el amplificador de la figura si
EJEMPLO 4
Solución
Datos
Desarrollo:
Según la ecuación (11), la ganancia total de este circuito de dos etapas
esta dada por:
EJEMPLO 4
Donde de acuerdo con la ecuación (2)
Para la primera etapa se tiene:
Por lo tanto el voltaje de salida será
