Amplificadores operacionales con diodos

Transcripción

1 5 Amplfcadres peracnales cn dds 5.1 Intrduccón En este capítul se estudan ls crcuts amplfcadres peracnales que ncrpran dds. Ests cmpnentes n lneales hacen que la característca de transferenca del crcut sea lneal a trams, presentand dscntnudades evtables. Se cnsguen nteresantes funcnes y aplcacnes, cm el recrte de la salda pr ls lmtadres en paralel y la lmtacón sere de la entrada, pr ls crcuts de zna muerta. La nsensbldad a las varacnes de temperatura y susttucnes de cmpnentes se cnsgue ncluyend a ls dds en ls lazs de realmentacón. Est da lugar a ls crcuts de precsón, crcuts cn característca de dd. El capítul fnalza cn ls rectfcadres de precsón cnstruds según ls crcuts de precsón báscs. 5.2 Lmtadr paralel básc Ls lmtadres en paralel se cnsguen ncrprad dds y/ dds zéner en el laz de realmentacón. El prmer crcut vene representad en la Fg. 1. D EF = B 1 =1 f DON Zna de recrte D mdelad D deal rup = ( / f )( B γ ) DOFF ( B γ ) P= f / Fg. 1. Lmtadr sere básc y característca estátca cn dd deal. Se mten las almentacnes del AO deal, pr cmddad. JJGDUCA 1

2 Crcuts Analógcs Aplcads. Juan Jsé Gnzález de la sa Cuand la tensón de entrada supera en valr abslut a la tensón de ruptura la salda ya n puede crecer más. ams a analzar el crcut. En prncp se cnsdera deal al dd, según la Fg. 2. Cuand el dd cnduce la salda está fja a ( B γ ); est curre para tensnes de entrada muy negatvas (véase la rentacón del dd). Y cuand n cnduce (la rama del dd está aberta) el crcut se cmprta cm una cnfguracón nversra de gananca f /. Igualand ambs trams de la característca de transferenca se tene el punt de ruptura: B ( ) f γ = rup rup = B f γ I D I D P=1/ d D DON =γ Fg. 2. Característcas estátcas I de dd que se cnsderan en ls análss. A la zquerda característca estátca deal. d es la resstenca drecta del dd. En ambas gráfcas, la crrente nversa de saturacón se cnsdera nula y n se tene en cuenta la zna de ruptura nversa. S el dd n es deal entnces la característca estátca en la zna de recrte vene dada pr una recta de pequeña pendente (P), y de rdenada en el rgen muy próxma al valr de recrte. eámsl pr suma de crrentes: γ D B d γ = f De aquí se despeja la salda: 1 d f d f B γ d = B γ B d f d f d P P γ 5.3 Lmtadr sere básc Tambén llamad crcut de zna muerta, su versón más smple vene representada en la Fg. 3. La zna muerta abarca hasta la tensón de ruptura. 2 JJGDUCA

3 5 Amplfcadres peracnales cn dds D EF=5 1 =1 f = 2 =1 DOFF rup = ( B γ ) DON P= f / Fg. 3. Lmtadr sere básc y característca estátca ( de CC) estradasalda. Se mten las almentacnes del AO deal, pr cmddad. Antes de que el dd cnduzca pr su rama la crrente es nula; pr tant tambén es nula pr la resstenca de realmentacón, y la salda es nula tambén prque es = I 2. El dd cnduce a partr del umbral B γ. La zna muerta del crcut es el nterval de tensnes de entrada para las que el crcut prduce salda nula. En este cas la zna muerta abarca (, rup ). 5.4 Mejras al recrtadr básc ecrtadr cn fuentes fjas Cuand nteresa ajustar ben el punt de peracón plarzacón, se pueden utlzar lmtadres cn fuentes externas. Es decr, la tensón de referenca vendrá establecda pr crcuts dseñads a tal efect. Ests crcuts evtan, entre trs factres, las fluctuacnes térmcas de la tensón de referenca. Es decr, las fuentes fltantes desaparecen. El crcut de la Fg. 4 permte además gbernar la pendente de la característca de transferenca. La característca de transferenca es la de un recrtadr paralel. D 2 EF f 3 1 = Fg. 4. Lmtadr cn fuentes fjas, que permte el cntrl de la pendente en la zna de recrte a través de 3. Stuacón de las crrentes cuand el dd cnduce. Se btene la salda cuand D cnduce: JJGDUCA 3

4 Crcuts Analógcs Aplcads. Juan Jsé Gnzález de la sa 1 3 f 1 3 f = γ P f 1 3 f EF f 2 3 f cns tan tes La pendente P depende de 3, cm antcpams. Est permte dsmnurla, aunque n anularla. Cuand D n cnduce, el crcut se cmprta cm una cnfguracón nversra tradcnal ecrtadr cn fuentes fjas y menr pendente en la zna de recrte El crcut de la Fg. 4 queda mejrad ntrducend un transstr en el laz de realmentacón negatva. La gananca de cntnua del transstr (h FE ) prvca una dsmnucón stensble de la resstenca 3, y en cnsecuenca de la pendente. El crcut se muestra en la Fg. 5. C C D 2 EF 3 f 1 Fg. 5. Lmtadr cn fuentes fjas y menr pendente en la zna de recrte. D es un dd de prteccón del transstr; n ntervene en la característca de transferenca. Se mte la almentacón dual del AO. 5.5 Crcut de zna muerta de precsón Se estuda en este apartad el prmer crcut de precsón que ncrpra dds. 4 JJGDUCA

5 5 Amplfcadres peracnales cn dds m I = L P=1 EF Fg. 6. Crcut de zna muerta de precsón crcut cn característca de dd. S EF = se tene un rectfcadr de meda nda de precsón. Este es el prmer crcut cn característca de dd estudad en este tema. A partr de él se pueden sntetzar tdas las funcnes tant de recrte de al entrada cm de recrte de la salda. Se estudan a cntnuacón ls rectfcadres de precsón, cuya peracón se basa en esenca en el funcnament del crcut anterr. 5.6 ectfcadres de nda cmpleta de precsón Tambén se denmnan crcuts de valr abslut de precsón. El rectfcadr de precsón transmte una plardad de la señal e nverte la tra (la parte negatva). La Fg. 7 muestra la característca estátca de rectfcacón de nda cmpleta. P=1 P=1 Fg. 7. Característca de transferenca de rectfcacón de nda cmpleta. Funcón valr abslut. ems en este apartad crcuts n sntetzads cn el crcut básc anterr, que fue presentad en la Fg. 6. Ell se debe a su nterés cncret, cnvenenca de seleccón (pr ejempl, puede nteresar un crcut cn una elevada mpedanca de entrada; smplemente, puede nteresar reducr al máxm el cste). En cualquer cas, la técnca de análss es muy parecda, ya que ncrpran ds dds cuys estads de cnduccóncrte n pueden darse smultáneamente. Además, ls AOs n perderán nunca su realmentacón negatva, pr l que en cada tram de la característca estátca se da un funcnament lneal. Exsten tres tps de crcuts. El prmer es de baj cste prque usa ds AOs, ds dds y cnc resstencas guales. Presenta el ncnvenente de n tener una resstenca JJGDUCA 5

6 Crcuts Analógcs Aplcads. Juan Jsé Gnzález de la sa de entrada elevada. El segund ya tene resstenca de entrada elevada. El tercer ncrpra un nd sumadr para pder realzar prmeds Crcut cn resstencas guales Este prmer crcut se muestra en la Fg. 8, para entradas de tensón pstvas. cnduce y está en crte. Est es lógc, ya que tene en el cátd tensón de (crtcrcut vrtual del AO 1 ) a través de la resstenca de realmentacón nferr. Además, en el ánd tene aplcads,6 (el salt de tensón se debe a la cnduccón de ). Pr tra parte en el ánd de está la entrada cambada de sgn (cuestón que se deduce cm s la prmera etapa fuera una cnfguracón nversra). Tal y cm aparece en la Fg. 8, cuand la entrada es pstva, cm tampc crcula crrente haca las entradas del AO 2, n queda más remed que pr la resstenca de realmentacón nferr,, tampc crcule crrente. Est supne que hayan en el cátd de, que es la termnal n nversra del AO 2 (ddp en para que n crcule crrente pr ella). Esta segunda etapa queda cnfgurada cm amplfcadr nversr. Cm en su entrada está cambada de sgn, esta segunda etapa vuelve a cambar el sgn. Es decr, que el crcut n altera las entradas pstvas. A AO 1 AO 2 A Fg. 8. Para entradas pstvas, sentds de las crrentes y tensnes en el crcut de valr abslut de precsón cn resstencas guales. Se supnen ls AOs cn almentacón dual, que se mte pr sencllez. A L = 6 JJGDUCA

7 5 Amplfcadres peracnales cn dds /3 /3 2/3 /3 I 1 =(1/3) I I= / AO 1 AO 2 = 2/3 L I 2 =(2/3) I Fg. 9. Para entradas negatvas, sentds de las crrentes y tensnes en el crcut de valr abslut de precsón cn resstencas guales. Se supnen ls AOs cn almentacón dual, que se mte pr sencllez. La Fg. 9 muestra el crcut resultante para entradas negatvas. La crrente de entrada (I), prvene de las ramas superr e nferr según: I=I 1 I 2 ; dnde sn I 1 = /(3); I 2 =(2 /3)/. Cn l cual tenems tra expresón para la crrente de entrada: 2 I = I I = = = Al gualar las ds expresnes de la crrente de entrada (la que se muestra en la Fg. 9 cn la que se acaba de btener) se tene ya la demstracón: I = = =. En efect, la salda nverte el sgn de la entrada, y tenems un generadr de valr abslut Crcut cn alta mpedanca de entrada El crcut se muestra en la Fg. 1 (stuacón para entradas pstvas). La señal de entrada está cnectada a la entrada de ls AOs en cnfguracón n nversra, cn el fn de tener alta mpedanca de entrada (nfnta en el cas deal). La Fg. 1 muestra la stuacón para entradas pstvas. Pr crtcrcut vrtual, en ambas entradas de cada AO está aplcada. Pr tant, n crcula crrente pr las resstencas de la zna superr del crcut (entre las ds resstencas de valr hay ds punts que están al msm ptencal). De esta frma, tampc puede crcular crrente pr la resstenca de valr 2, y la salda cncde cn la entrada. JJGDUCA 7

8 Crcuts Analógcs Aplcads. Juan Jsé Gnzález de la sa 2 I= I= I= AO 1 AO 2,6 L = > Fg. 1. Crcut de valr abslut de precsón cn alta mpedanca de entrada. Stuacón para entradas pstvas. La crrente que crcula pr la caga la sumnstra el AO. Esta es smplmente una aclaracón al dbuj, ya que esta crrente n se emplea en el raznament sbre la peracón del crcut. La Fg. 11 muestra el crcut para plardad negatva de la señal de entrada. En el termnal nversr del AO 1 está la entrada (pr crtcrcut vrtual), pr l que en el ánd de está el dble de la entrada prque hems saltad tra resstenca de gual valr. En la termnal nversra del AO 2 está tambén la entrada; así la salda se calcula fáclmente: 2 2 = 2 = 2 = 2 = 2 2 AO 1 AO 2 L = < Fg. 11. Crcut de valr abslut de precsón cn alta mpedanca de entrada. Stuacón para entradas negatvas. 5.7 Amplfcadres lgarítmcs La Fg. 12 representa un amplfcadr lgarítmc mejrad, que elmna la dependenca de la salda cn la crrente nversa de saturacón del dd. 8 JJGDUCA

9 5 Amplfcadres peracnales cn dds =1 P 1 = 1 15 I 1 MΩ I C1 I C2 2N368 Q1 Q2 2= 2 15 I B2 I 1 =1 I AO1 1 AO2 4 =29,5 1 3 =,5 1 MΩ I 15 P 2 = 5 15 Fg. 12. Amplfcadr lgarítmc ptmzad. Ls AOs sn del tp 79, ntegrads en el msm chp (crtesía de Texas Instruments Inc.). La almentacón dual de ls AOs de mte pr smplcdad. La expresón de la salda del crcut es: 1 2 ln = 4 T 3 1 Cn ls valres ndcads en la fgura 9, y a temperatura ambente, T =26 m, se btene: eferencas (, ) 3,58 ln 2 Cughln,. F. y Drscll, F.F., Amplfcadres peracnales y crcuts ntegrads lneales, 4ª edcón, PrentceHall hspanamercana. Méxc, Gnzález de la sa, J.J., Crcuts Electróncs cn Amplfcadres Operacnales. Prblemas, fundaments teórcs y técncas de dentfcacón y análss, Marcmb, Bxareu Edtres, Barcelna, 21. Malk, N.. Electrnc crcut: analyss, smulatn and desgn, Prentce Hall nternatnal edtns, JJGDUCA 9