EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL (I) EL AMPLIFICADOR
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1 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Dispositivos Electrónicos II CURSO 2010-11 Tema Tema 10 10 EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR OPERACIONAL OPERACIONAL (I) (I) Miguel Ángel Domínguez Gómez Camilo Quintáns Graña DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA UNIVERSIDAD DE VIGO ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN 2 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DEDE-II Tema 10: El amplificador operacional I INDICE INDICE EL EL AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR OPERACIONAL OPERACIONAL (I) (I) 1. Amplificador Operacional Ideal. Función de transferencia. Modelo equivalente y parámetros ideales. 2. Montaje en Bucle Abierto. 3. Concepto de realimentación. AO en Bucle Cerrado. 4. Pasos para analizar circuitos con AO Ideales. 5. Amplificador Inversor. 6. Amplificador No Inversor. 3 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DEDE-II Tema 10: El amplificador operacional I AO IDEAL IDEAL AO Amplificador Operacional (AO): ••Circuito Circuito Integrado Integrado Analógico Analógico de de uso uso universal universal (no (no de de aplicación aplicación específica). específica). Se Se emplea emplea como como bloque bloque funcional funcional para para facilitar facilitar elel diseño diseño de decircuitos circuitoselectrónicos electrónicosanalógicos. analógicos. ••Su Sunombre nombrees esdebido debidoaaque quese seoriginó originóen enlos losCircuitos Circuitosde delas lasPrimeras Primeras Calculadoras Calculadoras Analógicas Analógicas yy se se utilizaba utilizaba para para realizar realizar operaciones operaciones con conseñales señales(suma, (suma,integración, integración,etc...) etc...) ••Simplifican Simplificaneleldiseño diseñode delos loscircuitos circuitosanalógicos. analógicos. ••Permiten Permiten diseñar diseñar bloques bloques analógicos analógicos básicos básicos cuyos cuyos parámetros parámetros dependen dependenfundamentalmente fundamentalmentede delos loscomponentes componentespasivos pasivosempleados. empleados. ••Permiten Permitenrealizar realizarbloques bloquescomplejos complejoscon conpocos pocoscomponentes. componentes. 4 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DEDE-II Tema 10: El amplificador operacional I AO IDEAL IDEAL AO 1. 1. Amplificador Amplificador Operacional Operacional Ideal Ideal ••Es Esun unmodelo modelomatemático matemático(abstracto). (abstracto). ••Amplificador Amplificadordiferencial diferencialde deAcoplo AcoploDirecto DirectoyyGanancia GananciaInfinita. Infinita. Símbolo del AO: Ad Vcc se puede considerar infinita o limitada 5 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DEDE-II Función de Transferencia del AO: Tema 10: El amplificador operacional I AO IDEAL IDEAL AO Modelo Equivalente del AO: Ad Parámetros ideales: Zi=∞ Corriente absorbida por el AO en los terminales de entrada nula. i+, i- =0 Ad=∞ v+=v- para cualquier valor de vo siempre que el AO esté en ZONA LINEAL. APROXIMACION APROXIMACIONDE DE CORTOCIRCUITO VIRTUAL CORTOCIRCUITO VIRTUAL i+=0 Zo=0 i-=0 BW=∞ CMRR=∞ 6 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DEDE-II Tema 10: El amplificador operacional I AO IDEAL IDEAL AO Función de Transferencia Ideal del AO: Diferencias Básicas entre AO Ideal y AO Real (uA741): Ad 7 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Tema 10: El amplificador operacional I MONTAJE EN EN BUCLE BUCLE MONTAJE ABIERTO ABIERTO DEDE-II 2. 2. Montaje Montaje en en Bucle Bucle Abierto Abierto Ad muy grande Una diferencia de tensión entre ambas entradas, por pequeña que sea (basta con unos 100uV), hace que se sature positiva o negativamente. Aplicación Aplicacióndel delAO AOen enbucle bucle abierto: COMPARADOR abierto: COMPARADOR DE DETENSIÓN. TENSIÓN. 8 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Tema 10: El amplificador operacional I MONTAJE EN EN BUCLE BUCLE MONTAJE ABIERTO ABIERTO DEDE-II COMPARADOR COMPARADORDE DETENSIÓN. TENSIÓN. 2 MONTAJES: (1) Montaje NO INVERSOR (2) Montaje INVERSOR • Si Vi es mayor que la tensión de referencia (vref), la salida es positiva. • Si Vi es mayor que la tensión de referencia (vref), la salida es negativa. • En caso contrario, la salida es negativa. • En caso contrario, la salida es positiva. 9 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Tema 10: El amplificador operacional I MONTAJE EN EN BUCLE BUCLE MONTAJE CERRADO CERRADO DEDE-II 3. 3. Concepto Concepto de de Realimentación. Realimentación. AO AO en en Bucle Bucle Cerrado. Cerrado. Los AO son más útiles cuando parte de la señal de salida vuelve a la entrada mediante una RED DE REALIMENTACIÓN. En este tipo de configuración, la señal circula describiendo un BUCLE CERRADO, desde la entrada del amplificador hasta la salida, para atravesar posteriormente la RED DE REALIMENTACIÓN de vuelta hacia la entrada; por eso, decimos que el circuito opera en condiciones de BUCLE CERRADO. Cuando no existe realimentación, se dice que el AO opera en condiciones de BUCLE ABIERTO. Vr=β·Vo Vi + Vd β Ad Vo 10 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Tema 10: El amplificador operacional I MONTAJE EN EN BUCLE BUCLE MONTAJE CERRADO CERRADO DEDE-II Los AO casi siempre se utilizan con REALIMENTACIÓN NEGATIVA: parte de la señal de salida vuelve a la entrada, desfasada respecto a la misma 180º. 1. 1. 2. 2. REALIMENTACIÓN REALIMENTACIÓN MULTIPLES MULTIPLESAPLICACIONES APLICACIONESDE DELOS LOSAO AO ELECTRONICA ANALÓGICA 3er CURSO En este curso: • Amplificador Inversor y Amplificador No Inversor (Fin Tema 10) • Descripción de la Estructura Interna del AO (Tema 11). • Características Reales del AO. (Tema 12). • Funcionamiento en DC: Error en continua en la tensión de salida debido a IB, Vio e Iio. Compensación de dicho error (Tema 12). 11 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II Tema 10: El amplificador operacional I ANÁLISIS DE DE ANÁLISIS CIRCUITOS CON CON AO AO CIRCUITOS DEDE-II 4. 4. Pasos Pasos para para analizar analizar circuitos circuitos con con AO AO Ideales Ideales Los circuitos de AO Ideales se analizan siguiendo los siguientes pasos: 1. negativa 1. Verificar Verificar la la presencia presencia de de realimentación realimentación negativa, negativa, que que suele suele tomar tomar la la forma forma de de una una red red de de resistencias resistencias conectada conectada al al terminal terminal de de salida salida yy al al terminal terminal de de entrada entradainversor inversor(-). (-). 2. 2. Considerar Considerar que que se se fuerzan fuerzan aa cero cero lala tensión tensión diferencial diferencial de de i+=0, entrada v+=v =0 =v-)) yy lala corriente corriente de de entrada entrada ((i =0, i-i=0) =0) del del entrada ((v + - + AO. AO.(TRABAJO (TRABAJOEN ENZONA ZONALINEAL LINEALDEL DELAO). AO). - 3. 3. Aplicar Aplicar los los principios principios del del Análisis Análisis de de Circuitos Circuitos (leyes (leyes de de Kirchhoff Kirchhoff yy ley ley de de Ohm), Ohm), para para calcular calcular los los valores valores de de interés. interés. 12 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR INVERSOR INVERSOR DEDE-II 5. 5. Amplificador Amplificador Inversor. Inversor. R2 R1 AO realimentado para hacer independiente la ganancia del circuito de la ganancia en Bucle Vi VNEG Tema 10: El amplificador operacional I i i+, i- =0 R1 En ZONA LINEAL: v+=v- v-=0V si Av ⋅ vi ≤ V NEG si Av ⋅ vi ≥ VPOS R2 i-=0 - Vi si VNEG ≤ vo ≤ VPOS (zona lineal ) Vo + Abierto. ⎧ Av ⋅ vi ⎪ vo = ⎨V NEG ⎪V ⎩ POS VPOS ⎧ ⎪ Av ⋅ vi ⎪ ⎪ vo = ⎨V NEG ⎪ ⎪ ⎪VPOS ⎩ + i+=0 VPOS Vo VNEG Av = VPOS V ≤ vi ≤ NEG Av Av V si vi ≥ NEG Av V si vi ≤ POS Av si vo R =− 2 vi R1 (zona lineal ) 13 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II AMPLIFICADOR NO NO AMPLIFICADOR INVERSOR INVERSOR DEDE-II R2 6. 6. Amplificador Amplificador No No Inversor. Inversor. VPOS R1 - Vo + VNEG Vi Tema 10: El amplificador operacional I i+, i- =0 En ZONA LINEAL: v+=vi R2 i-=0 R1 - v-=vi ⎧ Av ⋅ vi ⎪ vo = ⎨V NEG ⎪V ⎩ POS si VNEG ≤ vo ≤ VPOS (zona si Av ⋅ vi ≤ V NEG si Av ⋅ vi ≥ VPOS Vi lineal ) + i+=0 VPOS Vo VNEG ⎧ ⎪ Av ⋅ vi ⎪ ⎪ vo = ⎨VNEG ⎪ ⎪ ⎪VPOS ⎩ Av = vo R = 1+ 2 vi R1 VNEG V ≤ vi ≤ POS Av Av V si vi ≤ NEG Av V si vi ≥ POS Av si (zona lineal )
