Amplificadores Operacionales PDF

Amplificadores  El Amplificador Operacional ideal 30 Lo que constituye un Amplificador Operacional es: Ganancia (A): Se entiende que es infinita. Se controla con elementos externos. Impedancia de entrada (Ri): Se entiende que es infinita. Impedancia de salid...

Amplificadores  El Amplificador Operacional ideal 30 Lo que constituye un Amplificador Operacional es: Ganancia (A): Se entiende que es infinita. Se controla con elementos externos. Impedancia de entrada (Ri): Se entiende que es infinita. Impedancia de salida (R0): Se supone igual a cero. Respuesta en el Tiempo: La salida debe ocurrir al mismo tiempo que ocurre un cambio en las entradas, por lo que se considera cero. El corrimiento de fase será 180°. La respuesta en frecuencia será plana y el ancho de banda infinito (no hay dependencia de la frecuencia). Offset: La salida del amplificador debe ser cero cuando la diferencia de potencial entre sus entradas inversora y no inversora sea cero. Relación de rechazo en modo común (CMRR=Ad/Acm): Se considera con un valor infinito. El circuito equivalente es útil para estudiar los principios de operación básicos de los OpAmp y analizar los efectos de los arreglos con retroalimentación. Para el circuito mostrado: 𝑉0 = 𝐴𝑉 = 𝐴(𝑉 – 𝑉 ) 𝑖𝑑 1 2 donde: 𝐴 = Ganancia de voltaje de gran señal 𝑉𝑖𝑑 = Voltaje de entrada diferencial 𝑉1 , 𝑉2 =voltajes en las terminales no inversora e inversora, respectivamente con respecto a la tierra  Amplificadores  Curva de transferencia de voltaje ideal 31 El voltaje de offset es igual a cero. La curva no está a escala, debido a la ganancia infinita de A, sería casi vertical.  Configuración en lazo abierto En esta configuración no existe ninguna conexión directa o a través de otra red entre la salida y las terminales de entrada. En esta configuración, el OpAmp simplemente funciona como un amplificador de alta ganancia. Existen tres configuraciones básicas en lazo abierto: El amplificador diferencial El amplificador inversor El amplificador no inversor  Amplificadores  Configuraciones básicas de amplificadores operacionales 32 El amplificador diferencial. Este dispositivo amplifica señales de entrada tanto de DC como de AC. Las resistencias de las fuentes 𝑅𝑖𝑛1 y 𝑅𝑖𝑛2 normalmente son ordinarias, comparadas con la resistencia de entrada 𝑅𝑖. Así, se puede considerar que las caídas de voltaje en esos resistores es cero; y, por lo tanto, 𝑉1 = 𝑉𝑖𝑛1 y 𝑉2 = 𝑉𝑖𝑛2 , con lo que se obtiene: 𝑉0 = 𝐴(𝑉𝑖𝑛1 − 𝑉𝑖𝑛2 ) La polaridad del voltaje de salida depende de la polaridad del voltaje diferencial en la entrada. En estas configuraciones, la ganancia A regularmente se refiere como la ganancia de lazo abierto.  Amplificadores  Amplificador no inversor 33 En esta configuración, sólo se aplica un voltaje de entrada a la terminal no inversora del OpAmp; la otra terminal se aterriza. Puesto que 𝑉1 = 𝑉𝑖𝑛 y 𝑉2 = 0, entonces: 𝑉0 = 𝐴𝑉𝑖𝑛 Esto significa que el voltaje de salida es mayor que el de entrada por un factor A, y está en fase con la señal de entrada. Características de las configuraciones de lazo abierto En las tres configuraciones, cualquier señal de entrada (diferencial o sencilla) que sea ligeramente mayor que cero, produce un nivel de saturación en la salida. Así, cuando se opera en lazo abierto, la salida de un OpAmp sólo cambia entre los valores positivo o negativo de saturación. Por esta razón, no se emplean estas configuraciones en aplicaciones lineales. Voltaje de salida 𝑅2 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 1 + 𝑉 𝑅1 𝑖𝑛 Ganancia 𝑅2 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝐴 = 1+ = 𝑅1 𝑉𝑖𝑛  Amplificadores 34  Amplificador inversor En esta configuración, sólo se aplica una entrada a la terminal inversora del OpAmp; la otra terminal se aterriza. Puesto que 𝑉1 = 0 y 𝑉2 = 𝑉𝑖𝑛 entonces: 𝑉0 = −𝐴𝑉𝑖𝑛 El signo negativo indica que la salida está desfasada 180° con respecto a la entrada, o simplemente, que es de polaridad opuesta. Voltaje de salida 𝑅2 𝑉𝑜𝑢𝑡 = − 𝑉 𝑅1 𝑖𝑛 Ganancia 𝑅2 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝐴=− = 𝑅1 𝑉𝑖𝑛  Amplificadores  Seguidor de voltaje 35 La mínima ganancia que puede tener un amplificador no inversor con retroalimentación es 1. Cuando el amplificador se configura para operar con ganancia unitaria, se le denomina un seguidor de voltaje, puesto que el voltaje de salida es igual en magnitud y fase al de entrada. El seguidor de voltaje se obtiene a partir del amplificador no inversor abriendo R1 y cortocircuitando RF. Como se observa, todo el voltaje de salida se retroalimenta a la terminal inversora, por lo que la ganancia de retroalimentación del circuito es 1. 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑖𝑛  Otros amplificadores operacionales Voltaje de salida 𝑉1 𝑉𝑛 𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝑓 + ⋯+ 𝑅1 𝑅𝑛 Voltaje de Salida 𝑅2 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉 − 𝑉1 𝑅1 2  Amplificadores 36  Otros amplificadores operacionales 𝑑𝑣1 (𝑡)  Amplificador derivador: 𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝐶 𝑑𝑡 1  Amplificador integrador: 𝑉𝑜𝑢𝑡 = − 𝑅𝐶 ‫𝑣 ׬‬1 𝑡 𝑑𝑡  Ejercicios: Se resolverán los siguientes ejercicios propuestos, utilizando las fórmulas antes vistas. (recordar que los amplificadores operacionales derivador e integrador, no se desarrollaran ejercicios).  1) Calcule el voltaje de salida de un amplificador operacional no inversor para valores de 𝑉1 = 2𝑣, 𝑅1 = 100𝑘Ω, 𝑦 𝑅2 = 500𝑘Ω. Utilizamos la ecuación correspondiente a un Opam no Inversor: 𝑅2 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 1 + 𝑉 𝑅1 𝑖𝑛 Sustituyendo: 500𝑘Ω 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 1 + 2𝑉 = 6 2𝑉 = 12𝑉 100𝑘Ω