Trasparencias Tema 4.

TEMA 4. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
INTRODUCCIÓN
CONCEPTO DE BIPUERTA
Una bipuerta es un elemento abstracto de circuito que posee 4 terminales
(dos por cada puerta) de modo que las intensidades y tensiones se pueden
relacionar de modo algebraico.
i1
1
+
v1
_
1’
Ejemplo BJT ZAD
i1
i2
i2
+
v2
_
2
B
2’
E
+
vBE
_
+
vCE
_
i2
i1
v1= vBE(on)
i2= βi1
f1( v1, i1, v2, i2, t)=0
f2( v1, i1, v2, i2, t)=0
Representación de Fuentes controladas mediante bipuertas
VCVS
CCVS
i1
+
v1
_
i2
+
_
+
v2
_
i1
+
v1
_
v1= 0
v2= k i1
i1
i2
+
v2
_
v1= 0
i2= k i1
+
_
+
v2
_
i1= 0
v2= k v1
CCCS
+
v1
_
i2
i1
VCCS
+
v1
_
i2
+
v2
_
i1= 0
i2= k v1
C
E
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
APLICACIONES ANALÓGICAS: procesado de señales, medidas,
instrumentación y control...
APLICACIONES DIGITAL-ANALÓGICAS: comparador, convertidor
A/D, convertidores D/A...
⌦EL A.O. ES UNA FUENTE DE TENSIÓN CONTROLADA POR
TENSIÓN, CUYA SALIDA ES PROPORCIONAL A LA DIFERENCIA
ENTRE LAS TENSIONES DE ENTRADA.
VEE
Vi+
+
Vo
_
Vi-
-VEE
i+
V+
V−
+
+
vd
_ _
V+
io
Vo
V−
i−
+
Vd
_
Rout
Rin
+
Vo=AvVd
_
+
_
CARACTERÍSTICAS DEL A.O.
PARÁMETRO
A.O. 741 (típico)
A.O. Ideal
Av
>> 104
CMRR
90 dB
Rin
10 MΩ
∞
∞
∞
Rout
<500 Ω
0
BW
1.5 MHz
∞
Ii
< 0.5 µA
0
10 mV
0
Voff
MODOS DE TENSIÓN
Tensión diferencial : Vd=V+ - V−
Tensión en Modo Diferencial (VMD) y en Modo Común (VMC)
VMD =
V+ − V−
2
VMC =
V+ + V−
2
Las tensiones de entrada pueden descomponerse en componente común y
componente diferencial:
V− = VMC + VMD
V+ = VMC − VMD
REALIMENTACIÓN
V+
V−
V+
+
+
vd
_ _
+
+
vd
_ _
Vo
V−
Positiva (inestabilidad)
Vo
Negativa (estabilidad)
GANANCIAS
Ganancia en Lazo Abierto (Av)
Av =
Vo
Vd
Ganancia en Modo Diferencial (AMD), cuando V+ = - V−
AMD =
Vo
VMD
Ganancia en Modo Común (AMC), cuando V+ = V−
AMC =
Vo
VMC
Av =
AMD + AMC
2
Razón de Rechazo del Modo Común (CMRR):
CMRR = 20 ⋅ log10
AMD
AMC
CARACTERÍSTICAS DE TRANSFERENCIA EN LAZO ABIERTO
Amplificador Operacional Real:
vo
La Zona Lineal es ∼1mV,
Y en ella:
Vo = AvVd
ESAT
En Saturación:
Vo = ± ESAT
ESAT ≈ VEE − 2V
vd
voff
−ESAT
Lineal
Saturación
Negativa
Rout
V+
Saturación
Positiva
V−
+
Vd
_
Rin
+
Vo
_
+
_
Amplificador Operacional Ideal
vo
ESAT
vd
En Saturación:
Si Vd > 0 ⇒ Vo = + ESAT
Si Vd < 0 ⇒ Vo = − ESAT
V+
Saturación
Negativa
Lineal
−ESAT
V−
Saturación
Positiva
i+=0
+
Vd
_
+
_
+
Vo
_
i−=0
En Zona Lineal Vd = 0 Modelo de cortocircuito virtual
V+
V−
i+=0
+
Vd=0
_
i−=0
+
_
+
Vo
_