introducción a los amplificadores operacionales
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TEORÍA DE CIRCUITOSAMPLIFICADORES OPERACIONALES
Jorge Luis JaramilloPIET EET UTPL septiembre 2011
Créditos
Esta presentación fue preparada estrictamente como material de apoyo a la jornada presencial del curso de Teoría de Circuitos, del programa de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones que se imparte en el Universidad Técnica Particular de Loja.
La secuencia de contenidos corresponde al plan docente de la asignatura, y, para la elaboración se han utilizado aportes propios del docente, y, una serie de materiales y recursos disponibles gratuitamente en la web.
Generalidades
•Principio de funcionamiento•Esquemas con AO•Parámetros reales de los AO•Empaques habituales de los AO•Discusión y análisis
Generalidades
•Principio de funcionamiento
Principio de funcionamiento
Un amplificador operacional (AO), es un circuito electrónico (normalmente un circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida.
La salida es la diferencia de las dos entradas, multiplicada por un factor (G), denominado ganancia, de tal forma que:
Vout = G[(V+) − (V−)]
Los AO, aparecidos en los años 60, se emplearon originalmente para operaciones matemáticas ( suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc) en computadores analógicos.
El AO ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido.
Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero.
Principio de funcionamiento
Amplificador con emisor común
Principio de funcionamiento
Esquema de una amplificador operacional sobre transistores
●Single ended output
Non-inverting input
Principio de funcionamiento
Esquema IC741
2
4
7
6
3
Principio de funcionamiento
Esquema equivalente
Rd – Impedancia de entrada diferencial
Rcx – Impedancia de entrada de modo común
Ro – Impedancia de salida
Ad – Ganancia diferencial
Ac – Ganancia de modo común
Vo=Ad·Vd+Ac·Vc
Vd=V2-V1 y
Vc=(V1+V2)/2
Generalidades
•Esquemas con AO
Esquemas con AO
AO inversores y no inversores
Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004
Esquemas con AO
Esquema no inversor
Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004
2
21
RRR
G
V
VG
i
o
Imagen tomada del sitio web de la Biblioteca de la Universidad de la Rioja
Esquemas con AO
Esquema inversorImagen tomada del sitio web de la Biblioteca de la Universidad de la Rioja
2
1
RR
G
ZeZr
G
V
VG
i
o
Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004
t [seg
]
V [Vol]Vi Vo
Esquemas con AO
Cambiador de escala
-
+
Vo
ViZ2Z1
KG
ZZ
G
V
VG
i
o
1
2
t [seg]
V [Vol]Vi
Vo=-k·Vi
Esquemas con AO
Cambiador de escala
-
+
Vo
Vi
Z2Z1
t [seg]
V [Vol]
Vi
Vo=(1+k)·Vi
KG
ZZ
G
VV
Gi
o
1
11
2
Esquemas con AO
Buffer
1G
Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004
Esquemas con AO
Convertidor de corriente a voltaje
Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004
RIV io
Esquemas con AO
Cambiador de fase
V [Vol]Vi Vo
t [seg]
CRjCRj
G
VV
Gi
o
11
)(2
)()(
CRarctgG
CRarctgCRarctg
G
Esquemas con AO
Sumador inversor
Para Vd = 0, se cumple que:
Considerando que Vo = i*R´, entonces Vo resulta la combinación lineal de los voltajes de entrada:
n
n
2
2
1
1
R
V
R
V
R
Vi
n
n2
21
1o V
R
´RV
R
´RV
R
´RV
Esquemas con AO
Sumador no inversor
´n´2
´1 VVV
n1
V
Esquemas con AO
Restador
121
2o VVR
RV
Esquemas con AO
Integrador
t
0
cio )0(Vdt)t(VCR
1)t(V
t [seg]
V [Vol]Vi (sen(t))
Vo (cos(t))
t [seg]
V [Vol] Vi(t)
Vo(t)
Esquemas con AO
Derivador
dt
)t(dVRC)t(V i
o
t [seg]
V [Vol]
Vi (sen(t))Vo (cos(t))
t [seg]
V [Vol]
Vi(t)
Vo(t)
Generalidades
•Parámetros reales de los AO
Parámetros reales de los AO
La ganancia típica de un AO por voltaje es del orden de los 100 – 140 dB (10E5 – 10E6).
La resistencia de entrada típica de un AO es del orden de 2 M.
La resistencia de salida típica es del orden de los 70 .
Los AO habitualmente se alimentan de fuentes de ± 15V.
Parámetros reales de los AO
Respuesta en frecuencia de un AO
Generalidades
•Empaques habituales de los AO
Empaques habituales
CI tipo DIL o SMT
Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004
Empaques habituales
CI tipo DIL o SMTImagen tomada del sitio web de la Biblioteca de la Universidad de la Rioja
Tomado de Electrical & Electronic Systems. Pearson Education, 2004
Empaques habituales
Metal can package
Imagen tomada del sitio web de la Biblioteca de la Universidad de la Rioja
DISCUSIÓN Y ANÁLISIS