Clase 5 Ficheiro
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FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA CLASE 6: AMPLIFICADORES OPERACIONALES AMPLIFICADOR OPERACIONAL Contenido: • Conceptos básicos. • Características Ideales. • Características Reales. • Análisis usando el modelo Ideal. • Ejercicios. AMPLIFICADOR OPERACIONAL Circuito integrado de bajo costo. Múltiples aplicaciones. Mínimo número de componentes necesarios. Resistencia, condensadores. Aplicaciones: Cálculo analógico. Conversores V-I, I-V. Amplificadores de instrumentación. Filtros activos. AMPLIFICADOR OPERACIONAL El amplificador operacional es un amplificador directamente acoplado, de alta ganancia, construido con técnicas integradas, que es capaz de realizar un gran número de funciones lineales y no lineales, así como procesamiento de señales. Símbolo: ESTRUCTURA INTERNA AMPLIFICADOR OPERACIONAL Ejemplo UA LM741 DIP Dual Inline Package Encapsulado metálico AMPLIFICADOR OPERACIONAL LF353 Inserción SMD AMPLIFICADOR OPERACIONAL Operación: Entrada negativa o inversora Salida Entrada positiva o no inversora El amplificador operacional es un amplificador de alta ganancia A, de tal manera que: Vo = A * (v+ - v-) AMPLIFICADOR OPERACIONAL Entrada negativa o inversora Salida Entrada positiva o no inversora Y los terminales de alimentación? AMPLIFICADOR OPERACIONAL Alimentación simétrica +Vcc Tensión de salida V0 acotada -Vcc≤Vo≤+Vcc + Vcc -Vcc Vcc AMPLIFICADOR IDEAL Zin -> Impedancia de entrada -> ∞ Ao -> Ganancia de voltaje del amplificador -> ∞ Zo -> Impedancia de salida -> 0 Ancho de banda -> ∞ Razón de Rechazo en Modo Común (CMRR) -> ∞ Balance perfecto -> vo=0 cuando v+ = v- AMPLIFICADOR IDEAL Zin -> Impedancia de entrada -> ∞ Si la impedancia de entrada es alta, significa que las corrientes de entrada I+ e I- son nulas, visto como un circuito abierto AMPLIFICADOR IDEAL Ao -> Ganancia de voltaje del amplificador -> ∞ Denominada también ganancia de lazo abierto Que pasa al poner un voltaje pequeño en la entrada? AMPLIFICADOR IDEAL Zo -> Impedancia de salida -> 0 Significa que no importa la carga que le conecte a la salida el voltaje de salida es Vo AMPLIFICADOR IDEAL Ancho de banda -> ∞ Sin Importar la frecuencia a la cual trabaje el dispositivo siempre el voltaje de salida Vo se mantendrá AMPLIFICADOR IDEAL Balance perfecto -> vo=0 cuando v+ = vSi A es infinito y Vd es finito debe ocurrir que Vo es infinito, como esto no puede ser debe ocurrir que Vd=0 es decir v+ = v-. AMPLIFICADOR REAL Zin -> Impedancia de entrada -> mayor a 1MΩ Ao -> Ganancia de voltaje del amplificador -> mayor a 100.000 Zo -> Impedancia de salida -> menor a 100Ω Ancho de banda -> limitado Razón de Rechazo en Modo Común (CMRR) -> limitado Balance no perfecto -> vo≠0 cuando v+ = v- http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6--002-circuits-and-electronics-spring-2007/video-lectures/demo_24.pdf AMPLIFICADOR REAL ANÁLISIS USANDO EL MODELO IDEAL Condiciones. A partir de estas características ideales se pueden deducir dos importantes propiedades adicionales: 1. Puesto que Ao -> ∞ cualquier vo será resultado de un vd muy pequeño (casi cero) por lo tanto v+ = v- -> TIERRA VIRTUAL. AXIOMAS 2. Como Rin -> ∞ entonces i1 = i2 = 0. Con la aproximación ideal se considera al OpAmp como un modelo de caja negra. El modelo ideal resulta muy práctico a la hora de analizar circuitos con OpAmp's además los resultados se acercan con mucha exactitud al comportamiento real de estos circuitos. ANÁLISIS USANDO EL MODELO IDEAL La magnitud del voltaje de salida del OpAmp está limitada por las fuentes de alimentación. Generalmente se utiliza alimentación dual aunque hay dispositivos que usan solo una fuente. Como Vo = Ao (v+ - v-) = Ao * vd, entonces suponiendo vd = 1mV y Ao = 100 000, se obtiene que vo = 100V -> Eso no es posible!!! vo Región Lineal Vsat- > VEE Vsat+ < VCC vd muy cercado a cero vd m = Ganancia REALIMENTACIÓN La realimentación negativa estabiliza la ganancia total de tensión, porque la ganancia de bucla abierta es muy alta e inestable. Hallar la función característica Vi vs. Vo http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6--002-circuits-and-electronics-spring-2007/video-lectures/demo_24.pdf EJEMPLO 1 EJEMPLO 1 Vo R1 Avni = = 1 + Vi R2 Cambiador de escala; Avni = Vo R = 1+ 1 Vi R2 Incrementa la impedancia de entrada y disminuye la impedacia de salida http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6--002-circuits-and-electronics-spring-2007/video-lectures/demo_24.pdf AMPLIFICADOR NO INVERSOR EJEMPLO 2 EJEMPLO 2 SEGUIDOR DE EMISOR Ganancia de voltaje = 1 Impedancia de entrada = ∞ Impedancia de salida = 0 Ganancia de corriente =∞ Ganancia de potencia= ∞ SEGUIDOR DE EMISOR Ejemplo de aplicación: Adaptación de impedancias AMPLIFICADOR INVERSOR Cambiador de nivel: Avni = Vo R =− 2 Vi R1 la tensión de salida está desfasada 180º respecto a la de entrada SUMADOR INVERSOR Hallar la función característica Vi vs. Vo Al ser Vd=0 V1 V2 Vn i= + + ⋅⋅⋅ + R1 R 2 Rn Como Vo=-Rf·i Rf Rf Rf Vo = − ⋅V1 + ⋅V2 + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅Vn R2 Rn R1 SUMADOR INVERSOR Aplicaciones: • Mezclador de audio • Amplificador multicanal
