1-5 Amplificadores Operacionales

1-5 Amplificadores Operacionales

Alguna vez, los amplificadores operaciones se construyeron como circuitos discretos. El trmino de amplificador operacional se refiere a un amplificador que lleva una operacin matemtica. Histricamente, los primeros se usaron en computadoras analgicas, donde ejecutaban operaciones matemticas tales como integracin y diferenciacin.

Actualmente, la mayora de los amplificadores operacionales se producen como circuitos integrados.

Los amplificadores operacionales tienen el siguiente smbolo:

Tienen 3 patas principales:

Non-inverting input (entrada no inversora)

Inverting input (entrada inversora)

Output (salida)

Bsicamente, un amplificador operacional amplifica la diferencia entre los voltajes aplicados en sus dos entradas. La salida amplificada estar en la pata Output.

Las otras patas son las de alimentacin (positiva y negativa) y offset:

V+: Alimentacin positiva

V-: Alimentacin negativa

NC: (No Connection) Son patas que no se utilizan

Offset Null: Son patas para corregir (anular) la tensin de offset

1-5-1 Correccin de offset

Respecto de estas ltimas patas, es importante mencionar que existe un voltaje llamado tensin de offset, el cual es un valor de voltaje en continua que se encuentra cuando las dos patas de entrada se conectan a masa (cero volts). Esto es algo no deseado, ya que en esta situacin la salida debera ser tambin 0 V. La conexin se realiza de la siguiente manera:

Cambiando esta resistencia variable se logra corregir esta situacin, llegando a que la salida sea 0 V.

Si bien los amplificadores operacionales parecen sencillos, mostraremos solamente a modo ilustrativo uno de los amplificadores ms simples: el 741. De este modo podremos entender que en realidad por dentro son bastante complejos.

1-5-2 Caractersticas ideales

A modo de simplificacin y a la hora de disear, se consideran las siguientes caractersticas ideales:

Se considera que la impedancia de las entradas es infinitamente grande, es decir que por ellas no entra corriente

La ganancia de tensin del amplificador operacional es infinita

Por el punto anterior, la tensin en la pata inversora y en la no inversora son iguales. Si la diferencia entre una y otra fuera mnima, la salida sera infinitamente mayor

Se considera que la impedancia de la pata Output es cero

Se considera una respuesta de frecuencia infinita (desde continua a infinitos Hz)

Es insensible a la temperatura

Como todo circuito electrnico, hay que alimentarlo. El rango en el cual trabajar depender de las tensiones de alimentacin positiva y negativa.

1-5-3 Configuraciones bsicas

A modo ilustrativo, mostraremos algunas configuraciones realizadas con amplificadores operacionales:

La desventaja de la configuracin anterior es que la tensin de salida es amplificada, pero negativa respecto de la de entrada.

A continuacin veremos una relacin positiva:

1-5-4 Realimentacin

Segn vemos en las distintas configuraciones, de alguna forma hay una conexin (ya sea por un conector o por medio de una resistencia, un capacitor, etc.) entre la salida y la entrada. Esta conexin se llama realimentacin, y es sumamente til. Como vimos al principio de este tema, donde mencionamos las caractersticas ideales de los amplificadores operacionales, dijimos que La ganancia de tensin del amplificador operacional es infinita. Si no hay una realimentacin, sucede que el amplificador se satura (logra los niveles de alimentacin, tanto en su valor positivo como negativo). Un caso tpico de saturacin es el que hemos mencionado en el comparador.

Segn dnde se hace la realimentacin, el resultado es muy distinto. Si la realimentacin va desde la salida (VOUT) hacia la entrada inversora, se llama realimentacin negativa (entramos a la pata negativa de entrada del amplificador operacional). En todos los casos que hemos visto (salvo el comparador), la realimentacin fue negativa. Esto es lo que convierte al amplificador operacional en un circuito estable.

Pero qu pasa si la realimentacin es positiva (entramos a la entrada no inversora del amplificador operacional)? Es un circuito inestable? En parte, s.

Decimos en parte, porque depende del nivel de la seal que se realimenta. Es un tema muy delicado, en el sentido que hay que calibrar la realimentacin para que haga lo que uno desea.

Un ejemplo muy importante de realimentacin positiva es el oscilador (tambin llamado circuito astable o multivibrador).

Un oscilador es un circuito que no depende de ninguna excitacin externa para funcionar (lo que s necesita es alimentacin, como todo circuito electrnico).

La seal de salida de este circuito oscilador es aproximadamente la siguiente:

Como podemos apreciar en la figura de la seal de salida, este circuito llega como mximo a las tensiones de saturacin (positiva y negativa) del amplificador operacional.

Autoevaluacin 11

Resuelva lo siguiente:1. Qu es un amplificador operacional?

2. Cules son sus principales terminales?Qu funcin cumple cada una?

3. En qu consiste la tensin de offset? Indique cmo se corrige

4. Mencione cules son las caractersticas ideales de un amplificador operacional

5. En una configuracin de amplificador inversor, es posible que el valor absoluto de la tensin de salida sea menor al de entrada y que funcione como un reductor?

6. Calcule los componentes para un amplificador no inversor variable, cuya ganancia vare entre 50 y 100

7. Mencione algunas aplicaciones de la configuracin seguidor de tensin

8. Por qu se utiliza el seguidor de tensin como adaptador de impedancias?

9. Disee una configuracin de sumador de tensiones, para lograr -18 VCC a partir de 5 VCC y 1,5 VCC

10. Explique en qu consiste una realimentacin. Mencione las diferencias entre una realimentacin negativa y una realimentacin positiva

11. Disee un oscilador con un amplificador operacional, de modo de lograr una onda cuadrada de 30 KHz

Non-inverting input

Inverting input

Output

VIN

VOUT

Amplificador

Inversor

Ganancia = EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

Ganancia = EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

VIN

VOUT

Amplificador

NO Inversor

Si bien parece tonto hacer algo que tenga la misma tensin de salida que la de entrada, el seguidor de tensin se utiliza en las siguientes aplicaciones:

Aislamiento de etapas

Refuerzo de corriente

Adaptacin de impedancias

Otras

VIN

VOUT

Seguidor de tensin (BUFFER)

VOUT = VIN

En esta configuracin, cualquier tensin VIN (voltaje de entrada) menor a VCOMP (voltaje de referencia para comparar) har que VOUT sea siempre un valor bajo, denominado saturacin negativa (-VSAT). Cuando VIN llegue a VCOMP o sea mayor a ella, VOUT cambiar a un valor alto, denominado saturacin positiva (+VSAT)

VIN

VOUT

Comparador

VCOMP

Hay situaciones en las que necesitamos sumar varias tensiones. Para ello, es muy utilizada esta configuracin, en la que VOUT es la suma de las tensiones de entrada (V1, V2, V3, etc.)

VOUT

Sumador

EMBED Equation.3

Si R1 = R2 = R3 = Rf, EMBED Equation.3

La frecuencia f de la seal se calcula por la siguiente frmula, donde ln indica logaritmo natural:

EMBED Equation.3

Oscilador

VOUT

V

t

+VSAT

-VSAT

_1155139907.unknown

_1155140953.unknown

_1155472780.unknown

_1155474484.unknown

_1155472621.unknown

_1155140925.unknown

_1155139794.unknown