ELECTRONICA I CIRCUITOS TÍPICOS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES IDEALES.

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Sergio Caballero Cruz
hace 6 años
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1 ELECTRONICA I CIRCUITOS TÍPICOS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES IDEALES. 1

2 SUMADOR (DE TENSIONES) INVERSOR TEMA 3 Al ser V i =0 Como V o =-R f. i Si R 1 =R 2 = =R Ver simulación 2

3 SUMADOR (DE TENSIONES) INVERSOR TEMA 3 Por Teorema de Superposición V o es la combinación lineal de las tensiones de entrada. 3

4 SUMADOR INVERSOR- EJEMPLO TEMA 3 Mezclador de audio con volumen independiente por canal 4

5 SUMADOR NO INVERSOR TEMA 3 La tensión de salida V o es: Aplicando Millman, V + será: Si R 1 =R 2 = =R 5

6 AMPLIF. DIFERENCIAL: RESTADOR TEMA 3 Aplicando superposición: 6 6

7 AMPLIF. DIFERENCIAL: RESTADOR TEMA 3 Si R 2 = R 4 y R 1 =R 3 Ver simulación PROBLEMAS La tensión de salida es proporcional a la diferencia de las tensiones de entrada Las impedancias de entrada vistas por V S1 y V S2 son distintas, por lo que el circuito presentará una carga distinta a cada una de las entradas. Para modificar la ganancia, se debe modificar las resistencias de a pares. Desapareamientode las resistencias no permite el cumplimiento de la condición R 2 /R 1 = R 4 /R

8 AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN TEMA 3 Necesidad de amplificar con precisión señales de bajo nivel, inmersas en de ruido; proveniente de transductores, V R a R a + R a V 1 V 2 R a R a Problemas 8

9 AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN TEMA 3 - Impedancia de entrada alta - La ganancia depende de varias resistencias (R 1 y R 2 ) 9

10 AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN TEMA 3 Etapa pre-amplificación: Aumenta la impedancia de entrada del conjunto. Etapa Diferencial: Baja impedancia de salida Tienegananciaentensión>1 Gananciaenmodocomúncero Amplificador diferencial con una impedancia de entrada extremadamente alta. Ganancia puede fijarse con precisión con una sola resistencia, sin modificar su Zin Su función principal es amplificar con precisión las señales de muy bajo nivel aplicadas a su entrada, eliminando además las posibles señales interferentes y de ruido que lleguen en modo común. 10

AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN TEMA 3 Ver simulación Ajuste cómodo de la ganancia mediante potenciómetro R g. Se puede ajustarse externamente sin modificar características de entrada.

11 AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN TEMA 3 Ver simulación Ajuste cómodo de la ganancia mediante potenciómetro R g. Se puede ajustarse externamente sin modificar características de entrada. Elevada impedancia de entrada para ambas entradas. Rechazo al modo común (CMR) alto, tanto en continua como a las frecuencias a las que pueda aparecer ruido en modo común a la entrada. Tensión y corriente de offset bajas Necesidad de precisión y estabilidad de los resistores R 11

12 ADAPTACIÓN DE NIVELES TEMA 3 Transductores: Temperatura Presión Humedad Equipos de medición 12

13 ADAPTACIÓN DE NIVELES TEMA 3 Ejemplo: [+12 a -12V] -> [0V a 5V] Representa la ecuación de la recta 13

14 CONVERTIDOR CORRIENTE- TENSIÓN TEMA 3 Objetivo: obtener una tensión Vo(t) proporcional a una corriente i(t) Circuito simple Circuito mejorado i(t) R in =R R V o (t) Amplificador de transimpedancia o transresistencia 14

15 CONVERTIDOR CORRIENTE- TENSIÓN TEMA 3 Alta sensibilidad respecto al conversor I/V básico Kes el factor de multiplicación dela sensibilidad respecto al conversor I/V básico 15

16 CONVERTIDOR CORRIENTE- TENSIÓN TEMA 3 Ejemplo: Circuito para medir corriente. El fotodiodo produce una corriente que es directamente proporcional a la intensidad de la luz El conversor de corriente en tensión es un circuito muy útil en aplicaciones industriales, debido a la inmunidad al ruido electromagnético que presentan las señales de corriente en comparación con la influencia que aquél genera sobre estas últimas. 16

17 CONVERTIDOR TENSIÓN-CORRIENTE TEMA 3 Objetivo: obtener una corriente i(t) proporcional a una tensión V(t). Ejemplo: carga remota Z: Carga flotante Amplificador no inversor Amplificador inversor Si Z L cambia por temperatura, envejecimiento, longitud del cable, etc, la corriente no cambia 17

18 CONVERTIDOR TENSIÓN-CORRIENTE TEMA 3 Objetivo: obtener una corriente i(t) proporcional a una tensión V(t). Carga no flotante Siempre y cuando: Si: 18 -Vcc V o +V cc 18

19 INTEGRADOR INVERSOR TEMA 3 Como V i =0 La tensión V c es: Como V o (t)=-v c (t) entonces Si V C (0)=0 entonces 19

20 INTEGRADOR INVERSOR TEMA 3 Formas de onda 20 20

21 INTEGRADOR INVERSOR TEMA 3 Si se duplica la frecuencia. la ganancia disminuye a la mitad Para w=1/c.r A=

22 INTEGRADOR PRACTICO TEMA 3 Problema: Para la DC no está realimentado Saturación de AO R C Causas: Vo aumenta linealmente con el tiempo Efecto: Sin tensión de entrada, en régimen permanente, el AO se satura. V 0 =A V i =±V cc Solución: Limitar la ganancia del AO con R C. V 0 =V S (-R C /R) 22

23 INTEGRADOR PRACTICO TEMA 3 R C limita la ganancia en DC: El integrador ya no es ideal. Se debe elegir R C tan grande como sea posible. Criterio práctico : 23

24 INTEGRADOR PRACTICO- EJEMPLO TEMA 3 Ver simulación 24

25 OTRO INTEGRADOR PRACTICO TEMA 3 La tensión de salida será: Si V C (0)=0 entonces: 25

26 OTRO INTEGRADOR PRACTICO TEMA 3 La tensión de salida es la tensión del capacitor amplificada por un factor (1+R2/R1) 26

27 27 CIRCUITO DERIVADOR TEMA 3 Entonces:

28 28 CIRCUITO DERIVADOR TEMA 3 Formas de onda

29 CIRCUITO DERIVADOR TEMA 3 Si se duplica la frecuencia. la ganancia aumenta al doble Si w=1/c.r, entonces A=1 29

30 DERIVADOR PRACTICO TEMA 3 R C El Derivador ya no es ideal. Causa: altísima ganancia para frecuencias altas Consecuencias: Cualquier ruido de alta frecuencia montado en la señal de entrada es amplificado por el circuito por lo cual se convierte en un magnificar el ruido. Solución: Poner una pequeña resistencia en serie con el condensador En la práctica : 30

31 DERIVADOR PRACTICO- EJEMPLO TEMA 3 Ver simulación La característica derivadora del circuito se da para bajas frecuencias. Subsiste en este esquema el problema que la impedancia de entrada es muy pequeña para altas frecuencias Zi Risi f. 31

32 RESUMEN Tema 3 Es posible realizar funciones matemáticas, de ahí su nombre : Amplificador Operacional. Sumador Restador Integrador Diferenciador Amplificadores de instrumentación Adaptadores de niveles Un circuito con AOPtendrá comportamiento lineal y podrá ser tratado según corto circuito virtual, si y solo si se cumpleque: Está realimentado negativamente, o sea existe un camino que permite que una muestra de la señal de salida se introduzca invertida en la entrada. El valor de la tensión de salida V o, no sobrepasa los límites de la tensión de alimentación, ±Vcc ( el amplificador no satura) 32

33 TEOREMA DE MILLMAN ANEXO TEMA 3 Volver a pág. 4 33

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