R V R R V. Electrónica Analógica II Parte 2 El Amplificador Sumador y Sustractor (Diferencial). El amplificador sumador

Transcripción

1 Electróica Aalógica Parte El Amplificadr Sumadr y Sutractr (Diferecial). El amplificadr umadr am a aalizar el circuit de la figura 8(a), dde e tiee ua reitecia f de retralimetació egativa, y tambié teem u umer de eñale de etrada,,..., cada ua aplicada a l crrepdiete reitre,,..., l cuale etá cectad al termial iverr del OP-AMP. Figure 8 3 (a) (b) 4 f Aumied el OP-AMP ideal y aplicad la leye de Ohm e btiee: = = = (7) tda eta crriete prduce la crriete que circulará atravé de la reitecia f, ya que exite crriete de etrada al OP-AMP, aí: f f f f f = 0 = = ( L ) (8) Nte que cada ceficiete del umad puede er idepedietemete ajutad, ajutad la crrepdiete reitecia de etrada a. Eta prpiedad, la cual implifica grademete el circuit de ajute, e ua cecuecia directa de la tierra virtual que exite e el termial iverr del OP-AMP. El Amplificadr Sutractr Diferecial. Ete circuit e utiliza para amplificar la diferecia etre d vltaje aplicad a l termiale de etrada del OP-AMP. El circuit eta mtrad e la figura 8(b) y para aalizarl, ectrarem el vltaje de alida e fució de l vltaje de etrada. Hay varia maera de luciar ete prblema, quizá el má fácil e uar el pricipi de uperpició. Obviamete ete pricipi puede er uad aquí, puet que el circuit e lieal. Al aplicar uperpició al circuit, primer reducim a cer, e decir aterrizar el termial al cual eta aplicad y etce ectram el crrepdiete vltaje de alida, el cual erá debid eteramete a. A ete vltaje de alida l detarem cm y u valr puede er ectrad del circuit bteid al aterrizar, mtrad e la figura 9(a). El reultad, cm e puede bervar e ua imple cfiguració iverra que e trató aterirmete. La exitecia de la reitecia 3 y 4 afecta la expreió de la gaacia, puet que fluye crriete atravé de ella. Aí: = (9) Amplificadre Operaciale 6 g. C.. Lid Carrió

2 Electróica Aalógica Parte - y rechace eñale de md cmú debem imper la cdició / = 4 / 3. Aí utituyed ea cdició e btiee que el vltaje de alida: 3 (a) 4 = ( ) ( el cual muetra claramete que e ua amplificadr diferecial c ua gaacia de /. El Circuit tegradr y Difereciadr c OP- AMP Figure 9 3 (b) 4 Para aalizar et circuit vam a auxiliar de la cfiguració iverra ate vita, per e lugar de uar reitre y, uarem impedacia Z y Z cm e mtrad e la figura 0. Z Z Ahra vam a reducir a cer y evaluar el crrepdiete vltaje de alida debid eteramete a, al que detarem. El circuit bteid eta mtrad e la figura 9(b). Ete circuit bteid l reccem cm la cfiguració iverra vita aterirmete, per c u adicial divir de vltaje, hech pr 3 y 4, cectad atravé de la etrada. Pr l tat el vltaje de alida eta dad pr: = ( + ) (0) Pr l tat el vltaje de alida e igual a la uma de y. Aí e tiee: = () Cm deeam hacer u circuit que repda e prprció a ua diferecia de eñale Figure 0 Etce la gaacia de laz cerrad G, e ete ca eta dada pr: = Z Z (3) Primer ciderarem el ca e que Z = y Z = /C, etce: er: = (4) C que para frecuecia fíica, =jw viee a Amplificadre Operaciale 7 g. C.. Lid Carrió

3 Electróica Aalógica Parte = jωc (5) Eta fució de traferecia crrepde a la itegració; e decir (t) erá la itegral de S (t). Para ver et e fució del tiemp, vam a ciderar el circuit de la figura (a). La crriete eta dada pr: () t = (6) Si al tiemp t=0 el vltaje atravé del capacitr e C, etce: E imprtate tar que a cer frecuecia la gaacia de laz cerrad e ifiita. E decir el OP- AMP a DC eta perad cm u laz abiert, l cual puede er vit fácilmete cuad tr recrdam que el capacitr e cmprta cm circuit abiert para DC. Pr l tat e eceari cectar ua alta reitecia e paralel c el capacitr, para hacer la gaacia de laz cerrad fiita para DC. Eta mdificació, la cual e ecearia para hacer trabajar el circuit, deafrtuadamete l cvierte e u itegradr -ideal. Ua imprtate aplicació de itegradre c OP-AMP e u u para cvertir frma de da cuadrada e da triagulare. () = () tdt(7) 0 C t t c Aí (t) e la itegral de tiemp de S (t) y el vltaje C e la cdició iicial de ete prce de itegració. La ctate de tiemp C e llamada ctate de tiemp de itegració. Ete circuit itegradr e ivertid debid al ig me aciad c u fució de traferecia; et e ccid cm el itegradr Miller. S C El egud ca e ciderar Z = /C y Z =, l cual e puede apreciar e la figura (b), etce: = C (8) que e térmi de frecuecia fíica e: = jω C (9) l cual crrepde a ua peració de difereciació, e decir: t C d () () = t (0) dt S C Figure (b) (a) La prpia aturaleza de u circuit de difereciació caua que ete ea u amplificadr de ruid. Et e debid al pic (pike) itrducid a la alida cada vez que hay u cambi abrupt e S (t); cm u cambi pdría er ua recgida de iterferecia. Pr eta razó y prque ell ufre de prblema de etabilidad, l circuit de difereciació geeralmete e la práctica evitad. Cuad ete circuit e uad, uualmete e eceari cectar ua pequeña reitecia e erie c el capacitr. Eta mdificació, Amplificadre Operaciale 8 g. C.. Lid Carrió

4 Electróica Aalógica Parte deafrtuadamete, cvierte al circuit e u circuit de difereciació -ideal. El OP-AMP NO-DEAL E el aálii aterir de circuit c OP- AMP aumim que el OP-AMP era ideal. Si bie e mucha aplicacie tal upició eta mal hecha, el dieñadr de circuit tiee que etar ccietemete familiar c la caracterítica práctica de l OP-AMP y el efect de tale caracterítica e el fuciamiet de circuit c OP-AMP. Sl etce el dieñadr erá capaz de uar el OP-AMP iteligetemete, epecialmete i la aplicació a maejar e ua ecilla. La prpiedade -ideal de l OP-AMP, pr upuet limitará el rag de peració de l circuit aalizad aterirmete. L OP-AMP e i amplificadre difereciale que, much fabricate ha decidid itegrarl e circuit itegrad jut c u epej de crriete para lgrar ua alida uilateral. La caracterítica que e trata de lgrar : a) Amplificació de vltaje elevada. b) Alta impedacia de etrada. c) Baja impedacia de alida. Pr l valre que tiee eta impedacia pdem ciderar a l OP-AMP cm verdader amplificadre de vltaje. Exite OP- AMP c BJT y FET e la etrada, c alida uilateral de balace, c i cmpeació itera, etc. C l BJT e trata de lgrar ua alta impedacia de etrada c ua crriete relativamete baja, la elevada amplificació de vltaje e lgra c carga activa ( fuete de crriete ) y la baja impedacia de alida e lgra c u eguidr de emir. Pr la gra amplificació de vltaje el dipitiv e umamete apt para uare e circuit retralimetad para reducir la gaacia efectiva (A, gaacia de laz abiert) y mejrad el cmprtamiet a alta frecuecia, etabilidad e impedacia etre tr. Eta amplificació de vltaje alta pdría lgrare c ma etapa e cacada, per e tiee cm devetaja que cada etapa itrduce u tiemp de retard th y c e u cambi de fae a eta frecuecia. La retralimetació egativa bre mucha etapa, fácilmete caua prblema prque para algua frecuecia l cambi de fae ttale puede aumetar a p (80 ), l que implica que la retralimetació egativa puede vlvere pitiva reultad cilacie deeada. La mayría de l OP-AMP, pr eta razó, ctiee ma que tre etapa e cacada: La primera para lgrar Z i alta. La eguda para lgrar la gra amplificació. La tercera para lgrar Z baja. E la figura e muetra el circuit iter del OP-AMP 74, que e u OP-AMP de prpóit geerale, el cual e dipible pr much fabricate de emicductre. Amplificadre Operaciale 9 g. C.. Lid Carrió

5 Electróica Aalógica Parte NETNG NPUT Q8 + Q9 Q Q3 Q4 NON- NETNG NPUT Q3 Q Q Q4 5 40K C 30pF Q8 0 Q9 Q5 Q 6 7 OUTPUT 7 Q0 Q7 300 Q6 Q Q5 Q6 Q3 Q7 OFFSET NULL K 3 K Q0 4 5K Q Q4 - OFFSET Figura NULL Cm puede er vit de la figura la etrada del OP-AMP la bae de l traitre de u amplificadr diferecial. Debe tare que la alimetació (alv algua excepcie) debe er pitiva y egativa. La alida e ecuetra e cer lti cuad la diferecia de ptecial etre la etrada iverra y la iverra e igual a 0 y el ffet bie ajutad. Sl aí pdem garatizar ua variació imétrica, típicamete hata u d vlti de la alimetació. puede er vit e la figura. Et hace que la repueta ecima de algua frecuecia empiece a caer a ua razó de 6 db/ctava. La f t típica e ecuetra alrededr de 0.5 a 5MHz c excepció de l OP-AMP de alta velcidad (High Speed OP- AMP) que lgra valre etre 0 y 000MHz. La curva caracterítica de la gaacia de laz abiert (A) de u OP-AMP típic de prpóit geerale iteramete cmpead e mtrad e la figura 3. Gaacia Fiita de laz abiert (A). La amplificació del OP-AMP e del rde de 0 5 a 0 6, l que quiere decir que ua etrada de lamete m ya prduce la aturació ttal. Para mateer etable el circuit l fabricate itrduce a prpóit u pl dmiate e la fució de traferecia, cm Amplificadre Operaciale 0 g. C.. Lid Carrió

6 Electróica Aalógica Parte A (db) etrada debe er mateida crrepdietemete pequeña. A db - 0 db / dec - 6 db / ct f (Hz) Figure 3 fb ft Nte que i bie la gaacia e batate alta para DC y baja frecuecia, éta cmieza a caere a ua frecuecia batate baja a ua razó de 0 db/década cm e puede bervar e la figura 3. A la frecuecia f t, dde la gaacia de laz abiert a caíd a la uidad, e le cce cm ach de bada de gaacia uitaria. Para amplificadre de u geeral, eta frecuecia e ecuetra e el rag de a 00 MHz. Operació del OP-AMP ate eñal grade Aquí e etudiará la limitacie de fuciamiet de circuit c OP-AMP cuad etá preete eñale de alida grade. Saturació a la Salida Cm l tr amplificadre, l OP- AMP pera bre u rag de alida de vltaje limitad. La alida del OP-AMP e atura cerca de la fuete de alimetació pitiva y egativa (+ CC y - CC ), c u rag de a 3 mer que dicha fuete de alimetació. Pr ejempl u OP- AMP que eta perad c fuete de ±5 e aturará cuad la alida alcace cerca de l + e la direcció pitiva y - e la direcció egativa. Para evitar recrte de l pic de la frma de da de la alida y el reultad de ditrió de la frma de da de alida, la eñal de Amplificadre Operaciale g. C.. Lid Carrió