T5 Amplificador Operacional

TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA 1

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

TEMA 5

TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA 2

T5. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

1. Introducción1.1 Realimentación

2. El amplificador operacional ideal. Características2.1 El AO sin realimentación2.2 El AO realimentado

3. Aplicaciones3.1 Lineales

3.1.1 Amplificador inversor3.1.2 Amplificador no inversor3.1.3 Seguidor o BUFFER3.1.4 Sumador3.1.5 Amplificador diferencial

3.2 No lineales

3TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA


1 INTRODUCCIÓN

El Amplificador Operacional (AO) es un circuito integrado que contiene un amplificador multietapa y se utiliza fundamentalmente en electrónica analógica. La ventaja de utilizar operacionales es que las aplicaciones son muy sencillas de diseñar. Su símbolo es:



1 INTRODUCCIÓN

Esquema general simplificado de un AO:

Un AO comercial integrado consta de al menos 20 transistores.

1ª Etapa diferencial: Define las características de entrada del AO.2ª Etapa diferencial: Aumenta la ganancia diferencial y adapta los niveles de continua para acoplar la salida a la siguiente etapa.Etapa intermedia: Provee ganancia de potencia y adapta los niveles de continua.Etapa de salida: Suele ser un amplificador de corriente que disminuye la impedancia de salida para favorecer la adaptación de impedancias.

IE1 IE2

IE

VCE1 VCE2



1.1 Realimentación



2. EL AO IDEAL. CARACTERÍSTICAS.

En la mayoría de ocasiones el AO se alimenta con una fuente simétrica que le permite obtener tensiones de salida de ambas polaridades.

TIPOS DE FUENTES SIMÉTRICAS

1 2

3 4



2. EL AO IDEAL. CARACTERÍSTICAS.

El circuito equivalente del AO ideal es:

Av·(V+-V-)



2. EL A.O. IDEAL. Características

Existe un valor máximo para la corriente iomax que es necesario tener en cuenta a la hora de conectarle con una carga.

Es posible aumentar la corriente máxima de salida interconectando en paralelo varios AOs idénticos.



2. EL A.O. IDEAL. Características

CA

Z

Is=Is1+Is2

Is2

Is1



2.1 El AO sin realimentación



2.2 El AO realimentado

Para la mayoría de las aplicaciones de los AOs se usa la realimentación negativa. Según la naturaleza de los elementos externos al AO, tendremos aplicaciones lineales y no lineales. Con realimentación positiva sólo será posible realizar Comparadores y Osciladores.



3. APLICACIONES LINEALES

En general, el método para analizar los circuitos que contengan AOs realimentados negativamente consiste en seguir una serie de pasos:1. Etiquetar tensiones e intensidades en cada AO, teniendo en cuenta

que las corrientes de entrada al AO son nulas (i+=i-=0) y que la tensión en sus entradas es la misma (V+=V-). También es necesario etiquetar la tensión de salida del AO.

2. Aplicamos Millman teniendo en cuenta que no podemos escoger nunca el nodo de salida del AO. También podemos aplicar Kirchoff, mallas, etc…

3. Finalmente expresamos la tensión de salida en función de la tensión o tensiones de entrada.



3.1 APLICACIONES LINEALES

Amplificador inversor

Vp

Vn

ip

in

Vs

CORTOCIRCUITO VIRTUAL: Vp=Vn

CORRIENTES NULAS:in=ip=0

=0V

=0A

=0A

NODO MILLMAN EN NODO:

SALIDA: R2>R1 Amp.inversor

R2=R1 Buffer inversor

R2<R1 Aten.inversor

=VO

ii=0V

El valor de R1 debe ser alto para una buena adaptación de impedancias

ii




Amplificador no inversor

SALIDA:




Seguidor o BUFFER

1ov

i

VA

V




Amplificador sumador inversor

1 2

1 2

... no f

n

VV VV R

R R R

Si Rf=R1=R2=…=Rn Vo=-(V1+V2+…+Vn)

Si Rf=(A·R1)/n=(B·R2)/n=…=(Z·Rn)/n

Si R1=R2=…=Rn y Rf=R1/n

𝑽 𝒐=−( 𝑨 ·𝑽 𝟏+𝑩·𝑽 𝟐+…+𝒁 ·𝑽 𝒏

𝒏 )

Los valores de R1, R2, …Rn deben ser altos para garantizar una buena adaptación de impedancias




Amplificador restador

2 1

1 34 3

1 2 4 1o

R RR RV V V

R R R R

Si R1=R2=R3=R4 Vo=V2-V1

Si R1=R2 y R3=R4𝑽 𝒐=

𝑹𝟑

𝑹𝟏(𝑽𝟐−𝑽 𝟏 )

𝑉 𝐶=−𝑉𝑜 18TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA



Integrador

Vn=0V

Vp=0Vip=0A

in=0AiR

iC

CORRIENTES EN EL NODO:

iR=iC𝑉 𝑖

𝑅=𝐶

𝑑𝑉𝐶

𝑑𝑡𝑉 𝑜=−

1𝑅𝐶∫

0

𝑇

𝑉 𝑖𝑑𝑡+𝑉 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

Si Vi es cte.

Si Vi es cuadrada la salida será triangular

SEÑAL DE ENTRADA

SALIDA

𝑑𝑉 𝐶=𝑉 𝑖

𝑅𝐶𝑑𝑡

+ -

𝑉 𝑜=−𝑅𝐶𝑑𝑉𝐶

𝑑𝑡

Si Vi es cte. Vo=0V




Derivador

io

v tv t = -RC

d

dt

iC

Vp=0V

Vn=0V

ip=0A

in=0A

iR

CORRIENTES EN EL NODO:

iC=iR 𝐶𝑑𝑉𝐶

𝑑𝑡=−

𝑉 𝑜

𝑅𝑉 𝑜=−𝑅𝐶

𝑑𝑉 𝑖

𝑑𝑡 Si Vi es triangular la salida será cuadrada

Si Vi es una rampa Vo=cte.

+ -

𝑉 𝐶=𝑉 𝑖



3.2 APLICACIONES NO LINEALES

Para las aplicaciones no lineales de los AOs se usa la realimentación positiva (o predominantemente positiva). También se puede usar realimentación negativa a través de dispositivos no lineales (diodos, transistores, etc). Cuando el AO se encuentra en región no lineal dejan de ser válidas las premisas usadas para las aplicaciones lineales, es decir, NO SE CUMPLE:

Lo que si podemos aseverar en la región no lineal es que la salida estará saturada, es decir:




Ejemplo: Circuitos detectores de paso por cero

1

2




Comparador con histéresis

1. Suponiendo Vo=+Vsat, averiguar la tensión de entrada (+Vx) para la cual se produce el cambio en la tensión de salida.

2. Ídem suponiendo Vo=-Vsat para calcular -Vx.

3. Calcular el ancho de histéresis (ΔVx) y el valor medio (Vm).

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