TEMA 3 Amplificadores Operacionales

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1 TEMA 3 Amplfcadores Operaconales mbología. Característcas del amplfcador operaconal deal. Modelos. Análss de crcutos con amplfcadores operaconales deales: nversor y no nversor. Aplcacones de los amplfcadores operaconales: Integrador, dervador, sumador, Amplf. Dferencal, Amplfcador para nstrumentacón, Convertdor de mpedancas, Convertdor de tensón corrente, corrente tensón Lmtacón en el empleo del amplfcador operaconal real como deal. El amplfcador operaconal en conexón dferencal. Amplfcador dferencal: gananca en modo común y gananca en modo dferencal Dseño de crcutos con amplfcadores operaconales.

2 AMPLIFICADO OPEACIONAL TEMA 3 El Amplfcador Operaconal (AOP) es: Crcuto Electrónco Integrado (CI) de bajo costo Multtud de aplcacones Mínmo número de componentes dscretos externos necesaros: esstencas, condensadores. Es posble realzar funcones matemátcas, de ahí su nombre : Amplfcador Operaconal. umador estador Integrador Dferencador Aplcacones: Cálculo analógco, Convertdores I e I, Amplfcadores Instrumentacón, Fltros Actvos ELECTONICA I FACET UNT

3 IMBOLOGIA TEMA 3 El sgno () se dbuja adyacente a la entrada dentro del trángulo CC Termnal de almentacón Postva Termnal de entrada nversora IN Termnal de salda OUT Termnal de entrada NO nversora IN El sgno () se dbuja adyacente a la entrada dentro del trángulo CC Parte del N o nombre del Amp.Op. Termnal de almentacón Negatva 3 ELECTONICA I FACET UNT

4 Aspecto físco. Crcuto real de AOP 747 TEMA 3 4 ELECTONICA I FACET UNT

5 ETUCTUA INTENA. CICUITO EAL DE AOP 747 TEMA 3 5 ELECTONICA I FACET UNT

6 CONEXIONE TEMA 3 En un encapsulado de 8 patas, su aspecto físco real es: En un encapsulado de 8 patas, el ntegrado se representa: n n CC CC out 6 ELECTONICA I FACET UNT

7 AMPLIFICADO OPEACIONAL TEMA 3 El amplfcador operaconal se puede pensar como una caja, con sus termnales de entrada y salda, gnorando qué hay dentro de dcha caja. e puede modelzarcomo una fuente de tensón controlada por tensón e muestra un amplfcador dealzadocomo un dspostvo de acoplamento drecto con entrada dferencal, y un únco Termnal de salda. El amplfcador sólo responde a la dferenca de tensón entre los dos 7 termnales de entrada,yno a su potencal común.

8 CONEXIONE TEMA 3 n no nversora n nversora CC CC out El Amplfcador Operaconal es un dspostvo actvo: necesta almentacón para funconar. egún el Aop puede ser ± cc, cc (fuente partda) Observar: Todas las tensones están referdas a una terra común 8 ELECTONICA I FACET UNT

9 MODELO DEL AOP TEMA 3 o = A = alores del AOp deal n Infnta o Nula A Infnta El amplfcador sólo responde a la dferenca de tensón ( v ) entre los dos termnales de entrada. cc o cc 9 ELECTONICA I FACET UNT

10 CAACTEÍTICA DEL AOP IDEAL TEMA 3 El AOP capta la dferenca de tensón entre sus termnales de entrada v n y v n. A este valor (v ) lo amplfca A veces y lo presenta en el termnal de salda: v O =A. v = A.(v n v n ) Un AOP deal tene las sguentes característcas deales: Gananca de tensón A Ancho de Banda AB Impedanca de Entrada Impedanca de alda Tensón de salda Max Tensón de offset de entrada 0 0 sí 0 Z n Z out 0 out máx ± CC offset = 0 0 ELECTONICA I FACET UNT

11 ATUACIÓN TEMA 3 A o aturacón postva: out = cc aturacón negatva: out = cc egónlneal: cc out cc Los límtes para la saturacón de la salda son las tensones de almentacón Parámetro ango de valores Gananca A 0 5 a 0 8 esstenca de entrada, n 0 6 a 0 3 Ω alor deal esstenca de 0 a 00 Ω 0 salda, O out = A. ELECTONICA I FACET UNT

12 MODO DE TABAJO TEMA 3 Báscamente el AOP trabaja de dos formas: En aplcacones no lneales: oscladores, comparadores En aplcacones lneales: Amplfcador, sumador, Ejemplo: ea un AOP real con gananca A = almentado con una fuente de ± Como: cc out cc Entonces la máxma tensón de salda es de depco. Como: = O /A Entonces: =/00.000=0,0000[] = [µ] Este cálculo smple, nos muestra que s exctamos con señales mayoresa µ seobtendráunasaldasaturada. Para que este AOP, trabaje en zona lneal es necesaro exctar contensonesmenoresa!!!!!!. ELECTONICA I FACET UNT

13 EALIMENTACIÓN NEGATIA TEMA 3 Tomar una muestra de la señal de salda y rensertar la restando a la señal de entrada. El crcuto verá a la entrada, solo la tensón dferenca X : eñal de exctacón X O : eñal de salda que está sendo muestreada a través del bloque de realmentacón β producendo la señal de realmentacón X f X f : eñal de realmentacón X : eñal dferencal de entrada: X = X X f A: Gananca propa del AOP (sstema a lazo aberto) β: Coefcente de realmentacón Para dentfcar, s un crcuto está realmentado negatvamente, se supone una varacón en la salda y se analza cómo afecta a la tensón dferencal de entrada v Para el ejemplo propuesto: Cuando o v o x x f x A x o Las aplcacones lneales utlzan el dspostvo realmentado en forma negatva (retroalmentacón) 3 ELECTONICA I FACET UNT

14 EALIMENTACION NEGATIA TEMA 3 ) v. Av. 0. v Av. A. v ) v. v v v A. v v A. v 3) v A. v O v. vo A. v. A A 4) A O A v v. A A uponendo A nfnta, nfnta, o cero y cc out cc A. 4 ELECTONICA I FACET UNT

15 AXIOMA DEL AOP IDEAL TEMA 3 A partr de las característcas del AOdeal, se puedendeducr dos propedades adconales: v v A Av.Como la gananca en tensón es nfnta, cualquer señal de salda que se desarrolle, será el resultado de una señal de entrada nfntesmalmente pequeña, y la tensón de entrada es nula. En otras palabras, entre los termnales no nversor () e nversor () exste lo que se conoce como corto crcuto vrtual. 5 0

16 AXIOMA DEL AOP IDEAL TEMA 3. Como la resstenca de entrada es nfnta, las correntes que crcula en ambos termnales de entrada soncero,osea: No exste flujo de corrente en nnguno de los termnales de entrada. O sea, al Aop no le entra n sale corrente por sus termnales de entrada Estas dos propedades ntegran el concepto de cortocrcuto vrtual 6

17 AXIOMA DEL AOP IDEAL TEMA 3 Estas dos propedades pueden consderarse como axomas del AO. Con ellas se puede deducr el funconamento de cas todos los crcutos con amplfcadores operaconales. Ejemplos: B A =0 =0 =0 O 7

18 AXIOMA DEL AOP IDEAL TEMA 3 e debe aclarar que cuando se cumplen los axomas: los crcutos lneales con AOP son ndependentes de: La gananca nterna del AOP. Y dependerá úncamente de los valores de los componentes externos del AOP (resstencas, capactores, etc) Los valores de las resstencas de entrada y de salda, n y out, del AOP 8

19 AXIOMA DEL AOP IDEAL TEMA 3 En síntess:un crcuto con AOP tendrá comportamento lneal y podrá ser tratado según corto crcuto vrtual, s y solo s se cumpleque: Está realmentado negatvamente, o sea exste un camno que permte que una muestra de la señal de salda se ntroduzca nvertda en la entrada. El valor de la tensón de salda o, no sobrepasa los límtes de la tensón de almentacón, ±cc ( el amplfcador no satura) Caso contraro: 0 modode funconamentono lneal No se puede aplcar el método del cortocrcuto vrtual 9 ELECTONICA I FACET UNT

20 PINCIPALE CONFIGUACIONE LINEALE TEMA 3 Los amplfcadores operaconales se pueden conectar según dos crcutos amplfcadores báscos: las confguracones Inversoray Nonversora. En general, todos los crcutos con AO son varacones estrechamente relaconadas de estas dos confguracones, más otro crcuto básco que resulta de una combnacón 0 de los dos prmeros: el amplfcador dferencal con AO. ELECTONICA I FACET UNT

21 AMPLIFICADO INEO TEMA 3 Punto de partda: crcuto lneal, =0 B A =0 =0 =0 En lazo cerrado, la entrada () se guala al potencal de la entrada() Esta tensón puede ser masa (como en la fgura), o cualquer otro potencal. O Análss por corto crcuto vrtual Alpunto A seledenomna masa vrtual: nodo de tensón cero respecto a masa pero que no está puesto a masa. ) v 0 B v ( t) v ( t) v ( t) 0 A B A v ) A v ( t) o v ( t) vo 3) ELECTONICA I FACET UNT

22 AMPLIFICADO INEO TEMA 3 mulacón v (t)= 0,5 ses(.000 t) [] A 0 v o (t)= 5 sen(.000 t) []= 5 sen(.000 t) [] ELECTONICA I FACET UNT

23 ELECTONICA I FACET UNT AMPLIFICADO INEO TEMA 3 Gráfca de Transferenca CC out n Zona lneal CC 3

24 AMPLIFICADO NO INEO TEMA 3 o Punto de partda: crcuto lneal, Con Afnta A Con A nfnto ) v. v. O Análss por corto crcuto vrtual ) A B A B B o A v v A Amplfcador de gananca postva 4 ELECTONICA I FACET UNT

25 AMPLIFICADO NO INEO TEMA 3 Gráfca de Transferenca 5 ELECTONICA I FACET UNT

26 AMPLIFICADO NO INEO TEMA 3 mulacón v (t)= sen (.000 t) [] A 6 =KΩ =5KΩ v o (t)=6 sen (.000 t) [] 6 ELECTONICA I FACET UNT

27 AMPLIFICADO NO INEO TEMA 3 Análss a partr del modelo ) Av 0 Av 3) vo Av 4) A A vo Av v A v A E IMULACIÓN o ) v v. v v. v v v Con Afnta Av A A. v 7 ELECTONICA I FACET UNT

28 EUMEN: PINCIPALE CONFIGUACIONE LINEALE TEMA 3 Z Z Z Z o o s A v Z Z o Amplfcador Inversor A v o Amplfcador no Inversor Z Z 8 ELECTONICA I FACET UNT

29 EUMEN AMPLIF. INEO O CAMBIADO DE ECALA NEGATIO TEMA 3 Z Z o enelcrcuto Z =k Z Z o Av Z A v =k es decr 0 =k Caso partcular: k= 9 ELECTONICA I FACET UNT

30 IMPEDANCIA DE ENTADA TEMA 3 Inversor No Inversor Z n 0 Z A n n Z Z n 0 30 ELECTONICA I FACET UNT

31 EJEMPLO DE APLICACIÓN TEMA 3 =0k aux e =0,0 pp aux=pp e =00 Ω =0k aux aux=pp o e = pp e=00 Ω 3 ELECTONICA I FACET UNT

32 IMPEDANCIA DE ALIDA TEMA 3 O vaco CC Z A O out O vaco CC CC A O El AOp deal tene o =0 O vaco Zout 0 CC 3 ELECTONICA I FACET UNT

33 IMPEDANCIA DE ALIDA TEMA 3 o O vaco CC A O Z out CC O vaco CC A O Ovaco Z out CC I n 0 A I El AOp deal tene o =0 out 33 ELECTONICA I FACET UNT

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