1 EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL
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- Eugenio Quintana Rico
- hace 6 años
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1 EL AMPLFCADO OPEACONAL DEAL.. NTODUCCÓN El Amplcdr Opercnl (red AO), es un mplcdr de cplment drect de lt gnnc, el que mednte el us de un red de relmentcón mejr su respuest ttl, l cul puede ser cntrld en rm muy ácl. Es muy ersátl y ecente, permte relzr plccnes tnt lneles cm n lneles, ls que rcn nstrumentcón Electrónc, Crcuts de nterz, Electrónc ndustrl, Cmputcón Anlógc y trs plccnes especles. El nmre de AO, der de sus prmers plccnes, ls que cnsstín en l relzcón de percnes mtemátcs mednte el us de cmputdres nlógcs (áscmente l reslucón de ecucnes derencles). Dentr de ls uss especícs de ls AO, se pueden mencnr ls sguentes plccnes: Amplcdres de Crrente Cntnu., Amplcdres de Crrente Altern, Cmprdres, Oscldres, Multrdres, Fltrs Acts, Amplcdres de nstrumentcón, Trnsmtters y cndcndres de señl, etc. Pr tr ld, ls plccnes más cmunes están ls percnes mtemátcs (prcesment de señles): Sumdres, ntegrdres, Derencdres, Amplcdres Lgrítmcs, etc. En este cpítul se relz un nálss del AO del, mstrnd sus prncples crcterístcs y nddes, tmén se nlzn ls cngurcnes más áscs y cláscs... EL AMPLFCADO OPEACONAL DEAL Un AO se puede cnsderr cm un lque cn termnles de entrd y sld. Este dspst es de lt gnnc y puede lmentrse cn uentes psts y negts, l cul permte que l sld teng un excursón tnt pr rr cm pr dej de terr. Edentemente, ls rngs máxms de sld, estrán determnds pr ls uentes de lmentcón. El AO se smlz de cuerd l g... cc A d d cc () () Fgur.. () Síml del AO y () crcut equlente.
2 Preprd pr Jun gnc Hurcán Dnde - : Entrd nersr : Entrd n nersr : Sld. El mdel del AO cntene un uente cntrld de ltje dependente de d, demás, tene un mpednc de entrd, y un mpednc de sld representd pr (g..). delmente depende de l derenc de ptencl que exste entre ls ds termnles de entrd, el nersr ( - ) y el n nersr ( ). L sld de ltje es prprcnl l entrd, est relcón se llm gnnc en lz ert y se smlz cm A. Así tenems s ( ) Ad A d dnde d es l entrd derencl. (lts) cc cc A d (mllts) - cc cc Fgur.. Crcterístc de trnserenc típc del AO. El AO del tene ls sguentes crcterístcs: esstenc de entrd esstenc de sld Gnnc de ltje A Anch de nd BW Blnce perect, es decr cund - Crcterístcs nrles cn l tempertur. Nte que el AO se cmprt cm uente de ltje cntrld pr ltje (CS, ltge-cntrlled ltge-surce). L cur / del AO mstrd en l g.., tene un zn lnel entre ls línes segmentd, sn emrg, exste un zn de sturcón, l cul está lmtd pr ls uentes de
3 Apuntes de Crcuts Electróncs : El Amplcdr Opercnl del 3 lmentcón. Osere que ls límtes n sn exctmente ± cc, l sld máxm será nerr l ltje de lmentcón, pr tr prte, ésts pueden n ser smétrcs ( cc - cc ). Cnsderms l sguente expresón A S prxmms l gnnc nnt, es decr A (l que curre en el cs del), se prec que l derenc - -, dch de tr rm, el ltje entre ls ds termnles de entrd es cer, es decr - En l reldd, l tensón de l entrd derenc ( d ) es muy cercn cer, dee cnsderrse est stucón ded que l sld dee tener un lr nerr l ltje de lmentcón, es edente que s l entrd es grnde, l sld del AO estrá sturd. Pr tr ld, cm l resstenc de entrd es nnt l crrente en ls entrds y - es cer.est stucón ns permte explcr el cncept de terr rtul, el que se mnest cund el AO es relmentd negtmente. Aquí exste el msm ptencl entre ds punts, per l crrente es cer. d A d Fgur.3. Crcterístc de trnserenc típc del AO. Cund l entrd derencl excede el rng lnel, cm se muestr en l cur de l g.., el AO per cm un dspst n lnel, est prpedd es utlzd pr muchs plccnes n lneles (tles cm cmprdres, scldres y crcuts dsprdres). Ls AO reles tenen un gnnc en lz ert muy lt (n es nnt, sn del rden de ), est msm stucón curre pr su nch de nd y su resstenc de entrd, ests spects deerán ser cnsderds cund es trje cn AO reles y ls cndcnes de dseñ sen más precss..3. CONFGUACONES BÁSCAS DEL AO El AO mednte el us de elements externs que relmentn prte de l sld l entrd, puede cngurrse pr derentes plccnes áscs. Ests plccnes se descren y nlzn cntnucón. El Amplcdr nersr El crcut de l g..4 muestr un smple AO cn relmentcón negt. Exste un resstenc, que une l sld cn l entrd nersr del AO y tr resstr, que cnect l entrd cn el termnl nersr.
4 4 Preprd pr Jun gnc Hurcán - () Fgur.4. Amplcdr nersr. () Pr relzr el nálss, pdems plcr ls prpeddes del AO del.. L tensón entre y - es cer.. L crrente tnt en cm - es cer. Ahr se plnten ls ecucnes de Krch pr nuds en y -. En se tene que Y pr el nud -, de cuerd l g..4, qued l sguente Hcend -, se tene L relcón / se cnce cm gnnc en lz cerrd, l cul es ndependente de l gnnc de lz ert. El sgn negt ndc que exste un desce entre l entrd y l sld de 8. Nte demás, que cm l derenc de tensón entre y - es cer, el punt - se encuentr ptencl cer, est se cnce cm terr rtul. Extendend este nálss pr el cs en el cul exsten múltples entrds, nlcems el crcut de l g..5. c c c c () Fgur.5. Crcut sumdr nersr. c ()
5 Apuntes de Crcuts Electróncs : El Amplcdr Opercnl del 5 Plntend ls ecucnes en el nud - c c c Lueg en Hcend - cm - entnces llegms c c Fnlmente, l expresón nterr se puede extender pr n-entrds n L cngurcón descrt se cnce cm mplcdr sumdr nersr (nte que pr este cs ls entrds n desde.. n y ls resstencs entre termnl n nersr y ls entrds n de.. n ). El mplcdr n nersr Pr el crcut de l g..6, sems que -, y demás. Fgur.6. Amplcdr n nersr. Exmnnd el nud - eemplznd ls lres de ls crrentes Fnlmente despejnd se tene
6 6 Preprd pr Jun gnc Hurcán Nte que est ez l gnnc de lz cerrd es pst (n exste desce entre l entrd y l sld). Cnsdernd l cngurcón de l g..6, hcend y, l ecucón nterr qued reducd El crcut resultnte se cnce cm segudr de emsr Buer de gnnc untr. () () (c) Fgur.7. () Crcut segudr de emsr. () y (c) rcnes del dptdr de mpednc. Est cngurcón se crcterz prque tene un lt mpednc de entrd y un muy pequeñ mpednc de sld, l que le permte ser utlzd cm etp de slcón. Desde el punt de st de l entrd es l crg del, y st desde l l sld es un generdr de tensón del. Ls g..7 y.7c muestrn rcnes del crcut. Amplcdr derencl El crcut de l g..8, se cnce cm mplcdr derencl. Pr determnr l sld se relz el nálss smlr l mplcdr nersr. Plntend ls ecucnes de nuds en y - tenems Fgur.8. Amplcdr derencl. Despejnd
7 Apuntes de Crcuts Electróncs : El Amplcdr Opercnl del 7 Hcend - y reemplznd en l prmer ecucón llegms ( ) Crcuts ntegrdres y derencdres eemplznd ls resstencs en el crcut de l g..4 pr elements n ressts Fgur.9. AO relmentd cn elements n ressts. L sld de l cngurcón mstrd en l g..9, se reduce Cm se está trjnd en el dmn de l recuenc (ω), se usn ls letrs myúsculs pr expresr tensnes y crrentes que representn mpltudes cmplejs. S cmms pr un resstenc y pr un cndensdr, el crcut qued cm el ndcd en l g.., entnces tenems que y /jωc. Lueg l sld qued expresd cm En el dmn del temp qued jω C ( jω ) ( jω ) C t ( ) τ τ d Este crcut se cnce cm ntegrdr de Mller y ded l sgn negt tmén en un nersr.
8 8 Preprd pr Jun gnc Hurcán C Fgur.. Crcut ntegrdr de Mller. Nte que el nálss se puede hcer en el temp, es decr, determnnd l crrente pr l resstenc y el cndensdr, l gulr ls crrentes, puede despejr l sld. S cmms /jωc y, ns qued ( jω ) C ( jω ) Fnlmente en el dmn del temp tenems d C dt el que se cnce cm crcut derencdr nersr. C TAEA.. Fgur.. Crcut derencdr. elce el nálss el crcut de l g.. en el dmn del temp. Cnsderems el sguente crcut
9 Apuntes de Crcuts Electróncs : El Amplcdr Opercnl del 9 C Determnnd l tensón en - tenems Fgur.. ntegrdr n nersr. Pr tr ld C dc C dt d C dt Hcend - y despejnd C t ( τ ) dτ Este crcut es un ntegrdr N nersr de Mller. Generdr de Crrente dependente Un plccón clásc de un AO es el crcut que permte generr un crrente en uncón de un ltje de entrd, est crrente será ndependente de l crg exstente L L Fgur.3. Cnersr ltje crrente. Se tene
10 Preprd pr Jun gnc Hurcán Despejnd de l últm ecucón reemplznd en l prmer, ns qued L L nlmente hcend - L L crrente depende del lr de y n de l crg. TAEA. Pr el crcut sguente determne encuentre L. Qué cnclusón puede scr l respect? Cnsdere / 3 / L L 4 Fgur.4. Generdr de crrente lternt. Emulcón de cmpnentes mednte AO El AO puede ser usd pr "smulr" lguns elements especles, tl es el cs del nductr ct ls resstencs negts. Est quere decr que desde ls termnles de entrd (del crcut), es psle precr el cmprtment del element smuld. eq -jx c jx L - Fgur.5. Tps de cmpnentes emulds.
11 Apuntes de Crcuts Electróncs : El Amplcdr Opercnl del S l mpednc es st desde l entrd, entnces será equlente clculr el ent del crcut. Anlcems el sguente crcut Fgur.6. Crcut de resstenc Negt. Determnems l resstenc de entrd del crcut, es decr, l resstenc st desde. Determnnd l tensón - Pr tr ld cm - ent ent Est expresón represent un resstenc negt. El AO puede se utlzd pr emulr tr tp de elements pss, el crcut de l g..7 se cnce cm cnertdr de mpedncs. Determnnd l mpednc de entrd de l cngurcón es psle determnr que cmpnentees el que se e desde ls termnles. Cnsdernd que ls AO sn deles, tenems que -, lueg 4 3 3
12 Preprd pr Jun gnc Hurcán Fgur.7. Cnertdr de mpednc Fnlmente cm l crrente de entrd es gul l crrente que crcul pr, tenems Lueg clculnd l relcón / tenems el ent ent S se seleccnn en rm decud ls mpedncs se puede tener un grn redd de uncnes pr ent. Ejempl El sguente crcut permte emulr un mpednc entre ls termnles -. Pr encntrr dch mpednc sl es necesr determnr l relcón n / n, ndcd en l gur. C n n ut n n sc ut ut n
13 Apuntes de Crcuts Electróncs : El Amplcdr Opercnl del 3 Despejnd l relcón / Fnlmente n sc n n n n n n n ( s) ( s) n n sc sc jω C n sc n Nte que represent un cpcdd rle, pues, ést puede tmr nues lres mdcnd ls resstencs y, es decr n n n jω C K
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