ELECTRONICA III (ELT-2782) HORARIO: JUEVES 10:30-12, VIERNES 10:30-12 PONDERACION 3 EX. PARCIALES 30% 1 EX. FINAL 30% LABORATORIOS 20% AUX, PROY Y TRABAJOS 20% BIBLIOGRAFIA DISEÑO ELECTRONICO, SAVANT RODAN CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES, ROBERT COUGLIN INTRODUCCION A LOS A.O.CON CIRCUITOS LINEALES, LUCAS M. FAULKENBERRY SISTEMAS ELECTRONICOS, SAHUQUILLO AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES, J.M.FIORE. DISEÑO CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS INTEGRADOS ANALOGICOS, SERGIO FRANCO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA CAPITULO I TOPICOS DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES DOCENTE : Simón Choquechambi Martínez ORURO-BOLIVIA www.docentes.utonet.edu.bo/schoquechambim
OBJETIVOS - Explicar sus características fundamentales -Identificar el fabricante, el A.O y el tipo de encapsulado -Identificar los terminales del A.O
Introducción. El amplificador operacional es un dispositivo integrado lineal o analógico, cuya principal característica es la elevada ganancia de tensión que posee cuando trabaja en lazo abierto (Ad), se construye con transistores BJTS, jfets, etc. Entre la principales aplicaciones se tiene: SISTEMAS ELECTRONICOS DE CONTROL TELECOMUNICACIONES INSTRUMENTACION INDUSTRIAL SISTEMAS DE AUDIO COMPUTADORAS ANALOGICAS INSTRUMENTACION MEDICA Etc.
Diagrama para la adquisición de datos con AO Sensor: convierte los parámetros físicos, como temperatura tº, presión (P), velocidad de un motor (Herzt), sales del agua o Ph, etc, en señales eléctricas como voltaje, corriente y resistencia. Acondicionamiento de señal: interfaz de entrada donde se usan AO y otros circuitos integrados. Microcontrolador: computadora digital, ejemplo un PLC. Interfaz de salida: aislamiento entre el microcontrolador y las cargas de alto voltaje. Tenemos circuitos con TRIACS, SCR y transistores de potencia. Carga: cargas típicas como hornos motores, calderas, moto bombas, unidades de aire acondicionado, etc.
Desarrollo Los amplificadores operacionales se fabrican a partir de tecnología de transistores especialmente Bjts y JFET. Hoy se fabrican a partir de los transistores MOS. Esto debido al bajo consumo de corriente de entradas y permiten manejar el voltaje de salida dentro de los rangos de la fuente de alimentación del circuito. Se fabrican en encapsulados de 1, 2 y cuádruples(4). Interfaz en la conversión de señales en circuitos A/D (conversor análogo digital y D/A (conversor digital análogo) Etc.
Símbolo del amplificador operacional:
Terminales e identificación del amplificador operacional Terminal de entrada inversora, V -. Terminal de entrada no inversora V+. Terminal de alimentación positiva +V cc. Terminal de alimentación negativa, -V cc. Terminal de salida, V o. Simbolo Circuito Equivalente real
Ejemplo de encapsulado Otros A.O: LM747, LM3900, TL072, LF351, etc
La descripción de los terminales es la siguiente: 1 y 5 Destinados al equilibrado del AOP (ajuste de la tensión OFFSET. 2. Entrada inversora 3.Entrada no inversora 4. Alimentación Negativa (-3V a -18V) 7. Alimentación positiva (+3V a +18V) 6. Salida 8. No utilizada.
Circuitos internos LM741
Circuitos internos LM324
CARACTERISTICAS DEL LM747C
Identificación de un amplificador operacional De qué tipo de amplificador se trata? Quién lo fabrica? Qué calidad tiene?, ejemplo intervalos de temperatura. Qué clase de encapsulado contiene al AO? Los fabricantes utilizan 4 partes para identificar los dispositivos: 1. Prefijo de letras, 2. Número de circuito, 3. Subfijo de letras, 4. Código de especificación militar.
Código de identificación 1. Prefijo de letras: el código de prefijo de letras consta de dos o tres letras mediante las que se identifica al fabricante. Prefijo literal AD/OP CA/HA LM MAX MC OPA TL UA (µa) LT Fabricante Analog Devices Harris National Semiconductor Maxim Motorola Burr-Brown Texas Instruments Fairchild Linear Technology
2. Número de circuito: consta de 3 o 7 números y letras que identifican el tipo de AO y su intervalo de tº. Los tres códigos de intervalo de tº, son: C; comercial de 0 a 70 ºC. I; industrial de -25 a 85 ºC. M; militar de -55 a 125 ºC.
3.Sufijo de letras; este sufijo de una y dos letras identifica el tipo de encapsulado que contiene al microcircuito del AO. Es necesario saber el tipo de encapsulado para poder saber los terminales correspondientes. Los tres códigos más comunes son: D: de plástico, para montar en superficie de una tarjeta de circuito impreso. J: de cerámica. N,P: de plástico, para circuitos impresos, los terminales salen de la superficie. 4.Código de especificación militar: sólo se emplea cuando la parte se utiliza en aplicaciones de alta confiabilidad. Ejemplo de especificación: LM 741CN
Fuente de alimentación La fuente de alimentación de un AO es bipolar (simétrica), esto +/- V cc, ejemplo:
Características AO Resistencia de entrada R in, en forma ideal. En la práctica es del orden de 1MΩ. Resistencia de salida R 0 =0 Ohm. En la práctica es del orden de lo 100 Ω o menos. Ganancia de voltaje a lazo abierto, Ad. En la práctica Ad de 10 6 a bajas frecuencias.
Características de entrada- salida La salida de voltaje Vo es proporcional a la entrada, esta relación se llama ganancia en lazo abierto y se simboliza como Ad. Así tenemos:
CURVA DE GANANCIA Ft FRECUENCIA DE TRANSICION (Ft) A esta frecuencia, la ganancia en lazo abierto del A.O. se reduce a la unidad
Condiciones de análisis V +, entrada no inversora. V -, entrada inversora. v 0 =, salida del AO. V 0 = A d (v + -v - ) v d = v + -v - A d es la ganancia a lazo abierto. BW infinita, en la práctica 0.45 MHz LM741. Si Ad es muy grande: v + - v - =0 Entonces v + =v -
Metodología de análisis El voltaje entre v+ y v- es cero o v+=v-. La corriente tanto en la terminal v+ como en la v- es cero. Escribir la ecuación de nodo de la ley de corrientes de Kirchhoff en la terminal no inversora, v+ y terminal inversora v-.
Parámetros de los Amplificadores Operacionales El hecho de que los transistores del estado diferencial de entrada del Amplificador operacional al no ser idénticos, provocan un desbalance interno, del cual resulta una tensión de salida denominada tensión de offset de salida, a pesar de no tener señal en las entradas. En los terminales 1 y 5 del AOP741 se conecta un potenciómetro y el Terminal 4. Esto posibilita la anulación de la señal de error presente, a través de un ajuste adecuado del potenciómetro
Slew Rate El SR nos da la velocidad con que la salida del AO responde a una variación en la entrada. En resumen se trata de una taza de retardo o de una respuesta de tiempo. Cuanto mayor el SR mejor será el amplificador operacional. El SR de algunos operacionales: LM741 SR=0,5V/useg LM351 SR=13V/useg LM318 SR=70V/useg Si SR, el tiempo de respuesta es cero
Graficar la tensión de salida para SR=0,5V/useg Para una señal senoidal SR 2 fv MAX Respuesta para una onda senoidal
Factor de Rechazo de Modo Común C.M.R.R. Propiedad de un A.O. de atenuar cualquier señal de entrada aplicada simultáneamente en las entradas. (el valor típico de 90dB solo garantiza hasta 200Hz).La CMRR es el cociente entre la amplificación diferencial y la amplificación de modo común, y cuanto mayor sea, mas se acercara al caso ideal. Un valor típico es 90dB Disminuye con la frecuencia CMRR A A d mc Ganancia diferencial Ganancia en modo comun A CMRR( db) 20log CMRR 20log d Amc A mc V V 0 cm
FACTOR DE RECHAZO DE MODO COMUN (CMRR)
En un conjunto de opamp's configurados como amplificador de instrumentación, cuando el voltaje 1 (V+) y el voltaje 2 (V-) son iguales, existe una pequeña señal de salida, cuando lo ideal sería que esta fuera cero. La CMRR es una medida del rechazo que ofrece la configuración a la entrada de voltaje común. El CMRR es positivo y se mide en decibelios
Tensión offset de entrada (VIO) Es la tensión continua entre las entradas que produce salida cero (para el 741 = 5mV), pequeños voltajes no deseados generados internamente por el A.O, que da lugar a que aparezca un voltaje de salida, cuando ambas entradas están conectadas a 0V. Rangos de tensión de entrada Con una alimentación de 10V, las entradas están entre 7V o unipolar ±7V. Errores asociados a la salida La salida de un A.O: Vo VCC 1, 5V MAX Intensidad máxima de salida I MAX o 20mA
Características real e ideal del A.O
CONCEPTO DE DECADAS Y OCTAVAS Decimos que una frecuencia f1 varia una década cuando toma un nuevo valor f2 de modo que: f2=10xf1, Generalmente decimos que f1 varia n décadas cuando f2=10 n f1 Decimos que una frecuencia f1 varia una octava cuando toma un valor f2, de forma que: f2=2f1. De modo general decimos que f1 varia n octavas cuando: f2=2 n f1
Que podemos hacer con un AO? Multiplicar por Vi (-1): inversor Cambiador signo o Multiplicar por Vi (-k) o Vi (1+k) escala Cambiador de Multiplicar por Vi (1) emisor Seguidor de Cambiar el desfase entre la entrada y salida Cambiador de fase Sumar tensiones ±(k1 v1+k2*v2+...kn Vn) Sumador Resta de dos tensiones (k1 V1-k2*V2) Restador A. Diferencial o
HOJAS CARACTERISTICAS LM 741 LM 747 LM 324 Implementar circuitos para medicion de: CMRR (Common Mode Rejetion Ratio) SR (Slew Rate)