Amplificador Operacional 1/14

Transcripción

1 Amplfcadr Operacnal /4. Inrduccón Un amplfcadr peracnal, ambén llamad peracnal es un módul funcnal fabrcad sbre una sla paslla chp (crcu negrad, I) que encapsula un amplfcadr ranssrzad muy esable para realzar una ampla aredad de peracnes lneales y n lneales. Ese ema raa algunas aplcacnes lneales y n lneales mas mpranes de ls amplfcadres peracnales.. araceríscas del Amplfcadr Operacnal Hy en día exse una gran aredad de I peracnales, ls cuales sn raads cm móduls funcnales sn presar aencón a sus dealles nerns. En un peracnal hay cnc ermnales prncpales (fgura ). Ds de ells sn para la almenacón de c.c., denfcads cm +V y V y en la mayría de las aplcacnes para c.a. ess ermnales se men y se sbreenende su presenca. + V - V Fgura El mdel símbl ulzad generalmene presena ls res ermnales resanes (fgura ). El ermnal denfcad cn el sgn (-) se denmna Enrada Inersra debd a que la señal en ese ermnal esá desfasada 80º cn respec a la señal de salda. El ermnal denfcad cn el sgn (+) se denmna Enrada N Inersra, prque la señal en ese ermnal esá en fase cn la señal de salda. El ercer ermnal es el de salda ( ). - A. A Fgura El peracnal es báscamene un amplfcadr de ala gananca A, cn una ensón de enrada ( ) dferencal. La fgura 3 muesra el mdel crcual equalene del peracnal. Elecrónca Prf. Julma Ana

2 Amplfcadr Operacnal /4 Z Z A. Fgura 3 El amplfcadr peracnal puede cnsderarse deal, supnend que: Z, Z 0 y A. S A ennces es dce que 0, es decr y sn rualmene guales. S Z ennces 0. Así pues, ls ermnales de enrada de un peracnal deal frman un crcrcu en la enrada ( ) y al msm emp un crcu aber ( 0 ). La ala gananca A del dsps puede mdfcarse cn la cnexón de cmpnenes exerns enre la salda y enrada del peracnal (realmenacón), cn l que se endría una gananca mas pequeña cncda cm Af, gananca de laje a laz cerrad, a dferenca de la ala gananca A prpa del dsps cncda cm A, gananca de laje a laz aber. El efec amplfcadr en se bsera para cers alres de señal de enrada, pues que la magnud de la señal de salda esá lmada pr la magnud de las fuenes de almenacón +V y V cn una dferenca de ±.5V aprxmadamene cm caída nerna del dsps. uand la salda llega a ess alres límes se ene al peracnal cn salda saurada. La fgura 4 muesra la cura de ransferenca del peracnal rabajand a laz aber, dnde se bsera la zna lneal de amplfcacón y las znas de sauracón del dsps. s. Elecrónca Prf. Julma Ana

3 Amplfcadr Operacnal 3/4 V SAT +V.5V V SAT - V SAT - V +.5V - V SAT A V SAT A - - V SAT + V SAT Sauracón V - VSAT Sauracón Zna V + V SAT Lneal A. Fgura 4 3. Aplcacnes Lneales del Operacnal Las aplcacnes lneales del amplfcadr peracnal cnsderan al dsps rabajand en la znal lneal de la cura de ransferenca A sn llegar a la zna de sauracón. Enre esas aplcacnes se enen ls crcus: Inersr, N Inersr, Asladr, Sumadr, Subsracr, Dferencadr e Inegradr. 3.. rcu Inersr El crcu básc amplfcadr nersr se muesra en la fgura 5. Vx 0 0 Fgura 5 Aplcand L..K. sbre el nd Vx, se ene: +, per 0, ennces Elecrónca Prf. Julma Ana

4 Amplfcadr Operacnal 4/4 Vx Vx, 0 Vx 0 Así: Af es gual a Af. 3.. rcu N Inersr La fgura 6 muesra la cnfguracón del amplfcadr cm N Inersr. Vx 0 Fgura 6 La ecuacón de crrenes del nd Vx, mand en cuena que 0 es. Vx Vx, 0 Vx + Af es ennces Af + Elecrónca Prf. Julma Ana

5 Amplfcadr Operacnal 5/ rcu Asladr El crcu asladr (fgura 7) ambén es cncd cm crcu segudr de ensón. Vx 0 0 La ecuacón de crrenes en el nd Vx es: Vx 0, send, 0 Fgura 7, cm 0, ennces 0. Así: Vx cn l que 0 y se ene a la señal de salda sguend a la señal de enrada al cm ndca la expresón fnal para : Af es ennces Af 3.4. rcu Sumadr El crcu de la fgura 8 perme bener una señal de salda resulad de la suma de las señales de enrada, y su análss se realza aplcand superpscón. 0 0 n n Fgura 8 Al aplcar superpscón se ene una salda pr cada enrada; cada salda puede deermnarse cnsderand que para una señal de enrada aca el crcu equalene es un crcu nersr. Elecrónca Prf. Julma Ana

6 Amplfcadr Operacnal 6/4 + + L n,, n n n n 3.5. rcu Subsracr Ese crcu perme ener una señal de salda resulad de la dferenca enre las señales de enrada en cada ermnal del peracnal y su análss se realza aplcand superpscón. El crcu subsracr básc es el resulad de la cmbnacón de las caraceríscas de ls crcus nersr y n nersr en un sl amplfcadr. La fgura 9 muesra el crcu básc. 3 4 Fgura 9 + S 0 y aca (Fgura 0) se ene : 3 4 Elecrónca Fgura 0 Prf. Julma Ana

7 Amplfcadr Operacnal 7/4 El resulad es un crcu nersr dnde 3 // 4 n ene nfluenca en el crcu. Así: S 0 y aca, se ene. El resulad es un crcu n nersr cn enrada, al cm muesra la fgura. 3 4 Fgura ( + ) ( ) rcu Dferencadr La salda de ese crcu crrespnde a la derada de la señal de enrada. El crcu es un nersr dnde la ressenca se susuye pr un cndensadr (fgura ). Elecrónca Prf. Julma Ana

8 Amplfcadr Operacnal 8/4 c Vx 0 Fgura La ecuacón en el nd Vx es: +, per 0, pr an. d d Vx, 0 Vx 0 d d d d La gananca de laje Af es un parámer dependene de la frecuenca. En un crcu nersr Af ; el crcu dferencadr camba pr un cndensadr, el cual en el dmn de la frecuenca es s cm una mpedanca capaca Zc, así: Af Zc Zc Af jw jw 3.7. rcu Inegradr Ese crcu genera una salda, que es la negral de la señal de enrada. Sgue la msma cnfguracón del crcu nersr cn el camb de pr un cndensadr al cm muesra la fgura 3. Elecrónca Prf. Julma Ana

9 Amplfcadr Operacnal 9/4 Vx 0 0 Fgura 3 La ecuacón en el nd Vx es: +, per 0, pr an. Vx, 0 Vx 0 d d Af Zc Zc jw Af jw 4. Aplcacnes N Lneales del Operacnal Las aplcacnes n lneales cnsderadas aquí aprechan la ala gananca del dsps para prducr una salda saurada. 4.. mparadr a Laz Aber Ese crcu cm su nmbre l ndca, cmpara un laje cn r y señala cual es el mayr lleand la salda del peracnal a un de ls ds alres límes de sauracón. Elecrónca Prf. Julma Ana

10 Amplfcadr Operacnal 0/4 El crcu básc se muesra en la fgura 4. + V En el crcu cmparadr - V Fgura 4 A, cn y A. S A, la salda sól ene ds psbles alres de acuerd a la cura de ransferenca de la fgura 5. + V SAT - V SAT < 0, -V SAT > 0, +V SAT Fgura 5 La cura de ransferenca ndca que s la enrada es psa, la salda es +V menras que s es negaa, la salda es V SAT. SAT;, así: Ejempl: > 0 0 y > < 0 0 > < y + V SAT < V SAT El crcu de la fgura 6 cmpara la señal en la enrada n nersra ( 0 ) cn la señal en la enrada nersra ( ). Elecrónca Prf. Julma Ana

11 Amplfcadr Operacnal /4 + V - V Fgura 6 La salda resulane de la cmparacón se muesra en la fgura 7. +V +V SAT 4.. Generadr de Onda uadrada -V SAT -V Fgura 7 Ese crcu ulza al peracnal cn salda saurada para generar una señal de salda de c.a. cuadrada. La fgura 8 muesra la cnfguracón básca para esa aplcacón. f + I + I - - Fgura 8 Elecrónca Prf. Julma Ana

12 Amplfcadr Operacnal /4 Las ressencas y frman un dsr de ensón para realmenar pare de la señal de salda haca el ermnal n nersr del peracnal. El laje dad pr el dsr de ensón es: + sól puede mar ds psbles alres: +V SAT V SAT, pr l an: S S + V SAT V SAT a, a VSAT + b, b VSAT + Incalmene el cndensadr esá descargad y + VSAT cn l que a y f perme cargar al cndensadr a raés de I +. El cndensadr se carga hasa a, al cm muesra la fgura 9. +V SAT a b -V SAT Fgura 9 Menras, sea mayr que, es decr > 0, la salda permanecerá en +V SAT. uand a, se endrá a 0, l que hace 0. n 0, 0, ndcand ahra que es mayr que y < 0 llea la salda a -VSAT nmedaamene, al cm l refleja la fgura 0. Elecrónca Prf. Julma Ana

13 Amplfcadr Operacnal 3/4 +V SAT a b -V SAT Fgura 0 uand V SAT, b y cndensadr se descarga a raés de f, cn I -, hasa el alr de 0V, para lueg ler a cargarse hasa b. (Fgura ). +V SAT a b -V SAT Fgura Menras sea mayr que, < 0 y la salda permanecerá en VSAT, hasa que b, dnde nueamene 0, 0. En ese mmen pasa +VSAT pues que > 0 (fgura ). uand + V SAT se ene que a y nueamene cmenza a cargarse hasa el alr de a (fgura 3). Menras que sea menr que a, > 0 y la salda se manendrá en +V SAT. El ccl se repe para cada carga y descarga del cndensadr, quen deermna el la frecuenca de la señal de salda. Elecrónca Prf. Julma Ana

14 Amplfcadr Operacnal 4/4 +V SAT a b -V SAT Fgura a T +V SAT b -V SAT Fgura 3 T +, f T En ese cas, l que mplca que T y f f + ln f f + ln S se ene ln cn l que f ene dada pr: f f Elecrónca Prf. Julma Ana