AMPLIFICADORES OPERACIONALES OPERATIONAL AMPLIFIERS (OP-AMP)

Transcripción

1 Electrónica Analógica II Parte AMPLIFICADOES OPEACIONALES OPEATIONAL AMPLIFIES (OP-AMP) INTODUCCIÓN El amplificador Operacional e uno de lo dipoitivo electrónico ma verátile y ampliamente uado en aplicacione lineale. Lo OP-AMP on populare por u bajo precio y facilidad de uo. No permiten contruir circuito útile in la neceidad de aber acerca de u compleja circuitería interna. El aparecimiento de lo OP-AMP e da a mediado de lo año 60. El nombre de operacionale e debe a que en ee tiempo eran uado para realizar operacione matemática, tale como: uma, reta, multiplicación y hata reolver ecuacione diferenciale. Eran muy uado en computadore analógico. Eto circuito integrado (IC-integrated circuit) OP-AMP revolucionaron cierta área de la Electrónica por u reducido tamaño y u bajo coto. Entre la funcione que e pueden realizar con eto circuito, uno o do OP-AMP y poco componente, podemo incluir: generadore de eñal (ociladore), acondicionadore de eñal, temporizadore, detectore de nivel de voltaje y moduladore. No todo lo fabricante uan preciamente el mimo código de identificación. Pero la mayoría uan un código de identificación que coniten de cuatro parte ecrita en el iguiente orden:() letra prefijo, () deignador del circuito, (3) letra ufijo, y (4) código de epecificación militar. () El código de letra prefijo uualmente conite de do o tre letra que identifican al fabricante. Alguno de eto código on motrado en la iguiente lita: Letra prefijo Fabricante AD Analog Device Am Advanced Micro Device BB Burr-Brown CA,CD CA ECG Sylvania HA Harri ICL,IH Interil LH,LM National Semiconductor Corp. MC,MFC Motorola MIC ITT NE/SE,N/S Signetic OP Preciion Monolithic C/M aytheon SG Silicon General TL,SN Texa Intrument UA(µA) Fairchild UC Solitron Device TOA Tranition Con el avance de la Electrónica lo OP- AMP han ido mejorado enormemente, dede el punto de vita de u fabricación han venido a er má precio. Lo OP-AMP de propóito generale fueron redieñado para optimizar o agregar cierta caracterítica. Lo IC con funcione epecífica que contienen má que un imple OP-AMP fueron dearrollado para realizar funcione compleja. Aí olo e neceario mirar un libro de dato para apreciar u variedade. Identificación de un OP-AMP () El deignador del circuito conite de tre a iete número y letra. Ello identifican el tipo de OP-AMP y u rango de temperatura. Ejemplo: 06C : donde 06 ignifica OP-AMP de entrada J-FET y C identifica u rango de temperatura Comercial Lo tre código del rango temperatura on: Amplificadore Operacionale Ing. C.. Lindo Carrión

2 Electrónica Analógica II Parte C: Comercial, 0 a 70 o C I: Indutrial, -5 a 85 o C M: Militar, -55 a 5 o C (3) Una o do letra ufijo identifican el etilo del paquete que ua el chip OP-AMP. Lo tre código ma comune para letra ufijo on: D Platic dual-in-line for urface mounting on a pc board. J Ceramic dual-in-line. N,P Platic dual-in-line for inertion into ocket. (Lead extend through the top urface of a pc board and are oldered to the bottom urface.) (4) El código de epecificación militar e uado olo cuando el dipoitivo e para aplicacione de alta confiabilidad. EL OPAMP IDEAL El OP-AMP e imboliza como e muetra en la figura. i = 0 i = 0 A( - ) Terminal Común Figura Donde a la entrada "-" le llamamo entrada inverora y a la entrada "" le llamamo entrada no inverora. En eta imbología e omiten lo pine de la fuente de alimentación, que por lo general on CC y - CC (- EE ) con valore típico de ±5. Hay que notar que no exite terminal del OP-AMP fíicamente conectada a tierra. En alguno cao el OP-AMP puede tener otra terminale para propóito epecífico. Eta otra terminale pueden incluir terminale para compenación de frecuencia y terminale para anular el offet. 3 Para el análii del OP-AMP ideal e upone que la diferencia de voltaje entre la eñale aplicada a la do terminale de entrada del OP- AMP (e decir -, también conocido en la literatura obre Electrónica como voltaje de entrada diferencial, id ), multiplicado por la amplificación A (propia del OP-AMP) caua un voltaje A( - ) en el terminal de alida del operacional. Hay que aclarar que lo voltaje y on voltaje entre la terminale del OP-AMP y tierra, como pueden er apreciado en la figura. También e upone que la corriente de entrada a ambo terminale de entrada al OP-AMP on cero, e decir que la impedancia de entrada del OP-AMP e upone que e infinita. Ademá e upone que en el terminal de alida e tiene una fuente ideal de voltaje que erá independiente de la corriente que puede er entregada a la carga que e conecte en dicho terminal, e decir que la impedancia de alida del OP-AMP ideal e cero. Como puede er vito de la decripción anterior, el OP-AMP reponde olo a la diferencia de voltaje - y por lo tanto ignora cualquier eñal común a amba entrada. A eta propiedad le llamamo rechazo de modo común y podemo concluir que el OP-AMP ideal tiene rechazo de modo común infinito. El OP-AMP e un amplificador de entrada diferencial y alida unilateral, e decir la alida aparece entre el terminal de alida y tierra. El OP-AMP ideal tiene una ganancia A que permanece contante a frecuencia baja, cero y arriba hata el infinito, lo que quiere decir que el OP-AMP ideal amplifica eñale de cualquier frecuencia con igual ganancia. El OP-AMP ideal tiene una ganancia A muy grande, idealmente infinita, e por eo que cai en toda la aplicacione el OP-AMP no erá uado en configuración de lazo abierto, má bien aplicaremo retroalimentación para cerrar el lazo alrededor del OP-AMP. ANÁLISIS DE CICUITOS CONSIDEANDO EL OP-AMP IDEAL Amplificadore Operacionale Ing. C.. Lindo Carrión

3 Electrónica Analógica II Parte Configuración inverora amo a coniderar el circuito de la figura, donde e aplica retroalimentación negativa, ya que la eñal de la alida e retroalimentada hacia el terminal inveror atravé de la reitencia. Trataremo de determinar la ganancia de lazo cerrado G definida como G = o / S. Figura Utilizamo el circuito equivalente del OP- AMP ideal, y e obtiene el circuito motrado en la figura 3. I Figura 3 0 I - A( - ) Como abemo que la ganancia A del OP- AMP ideal e muy grande (idealmente infinita) y aumimo que el circuito eta trabajando y produciendo un voltaje de alida finito en u terminal de alida, entonce el voltaje entre la terminale de entrada del OP-AMP debería er depreciablemente pequeño. Aí obtenemo que: o 0 = () A o 3 o Eto muetra que el voltaje en el terminal de entrada inveror ( ) eta dado por:», e decir debido a que la ganancia A e aproxima al infinito, el voltaje e aproxima a. Hablamo entonce de un corto circuito virtual que exite entre lo do terminale de entrada. Un corto circuito virtual ignifica que cualquier voltaje que eté en el terminal no inveror automáticamente aparecerá en el terminal inveror debido a la ganancia infinita A. Como el terminal no inveror de nuetro circuito de etudio etá conectado a tierra, entonce = 0 y» 0. Hablamo entonce de que el terminal inveror e una tierra virtual, e decir teniendo cero voltio, pero no fíicamente conectado a tierra. Ahora podemo encontrar la corriente I que circula atravé de, aplicando la ley de ohm. I = () Eta corriente erá la mima que circulará atravé de la reitencia, pueto que la impedancia de entrada del OP-AMP ideal e infinita y por lo tanto la corriente de entrada e cero. Aplicamo la ley de Ohm para determinar el o : o I Aí G = = 0 (3) o = = (4) El igno meno ignifica que el amplificador de lazo cerrado provee inverión de la eñal, e decir i S e una onda eno a la alida en o tendremo una eñal eno amplificada por el factor /, pero con 80 o de defae. A caua del igno meno aociado con la ganancia de lazo cerrado (G) eta configuración e conocida como configuración inverora. eitencia de entrada y alida Amplificadore Operacionale 3 Ing. C.. Lindo Carrión

4 Electrónica Analógica II Parte Aumiendo el OP-AMP ideal con una ganancia de lazo infinita, la eitencia de entrada de lazo cerrado del amplificador inveror de la figura () e implemente igual a. Eta puede er calculada de la figura (3), donde análii del circuito no-inveror e determinará la ganancia de lazo cerrado G ( o / S ) del circuito motrado en la figura 5. I = = in o Aí, para hacer in grande deberiamo eleccionar un valor alto de. Sin embargo, i la ganancia requerida / e también alta, entonce podría llegar a tomar un valor alto no práctico ( por ejemplo, má grande que uno poco mega ohm). Podemo concluir que la configuración inverora ufre de una reitencia de entrada baja. Debería también er mencionado que la ganancia de lazo abierto finita A tiene un efecto depreciable en el valor de la reitencia de entrada de la configuración del amplificador inveror. Pueto que la alida de la configuración inverora e tomada de la terminale de una fuente de voltaje ideal A( - ), de eto reulta que la reitencia de alida del amplificador de lazo cerrado de la configuración inverora e cero. El circuito motrado en la figura (4) muetra el circuito del,modelo equivalente de la configuración del amplificador inveror ( bajo la aunción que el OP-AMP e ideal). Figura 4 - i = Configuración no-inverora - (-/) o =0 En eta configuración la eñal de entrada S e aplicada directamente al terminal de entrada poitivo ( o no-inveror) del OP-AMP. Para el Figura 5 Aumiendo que el OP-AMP e ideal con ganancia A infinita y que exite corto circuito virtual entre la do terminale de entrada, el voltaje S que aparece en el terminal no-inveror, aparecerá también en el terminal inveror, aí aplicando la ley de Ohm, logramo obtener: o = lo cual conduce a: (5) G = o = (6) eitencia de entrada y alida La reitencia de entrada del amplificador de lazo cerrado de la configuración no-inverora e idealmente infinita, pueto que no fluye corriente en el terminal de entrada poitivo del OP-AMP. La alida del amplificador no-inveror e tomada de la terminale de una fuente ideal de voltaje A( - ) (como puede er vito del circuito equivalente de la figura ()), por lo tanto la reitencia de alida de la configuración noinverora e cero. El circuito motrado en la figura (6) muetra el circuito del,modelo equivalente de la configuración del amplificador no-inverora ( bajo la aunción que el OP-AMP e ideal). Amplificadore Operacionale 4 Ing. C.. Lindo Carrión

5 Electrónica Analógica II Parte - - ( /) i = o =0 Figura 6 La propiedad de alta impedancia de entrada de eta configuración no permite uar el circuito como un amplificador eguidor para conectar una fuente con una alta impedancia a una carga de baja impedancia. Tendríamo que hacer = 0 y = en eta configuración para obtener un amplificador de ganancia unitaria., el cual eta motrado en la figura 7. Ete circuito e comúnmente conocido como un eguidor de voltaje pueto que la alida igue la entrada. S o Figura 7 Amplificadore Operacionale 5 Ing. C.. Lindo Carrión