2-2-amplificadores_operacionales_operacion

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Electrónica II

Introducción Para el estudio del funcionamiento de un amplificador operacional dividiremos en tres bloques fundamentales la estructura interna de un AOP 741: etapa diferencial, etapa cambiadora de nivel y etapa de salida.

Etapa Diferencial

Etapa Cambiadora de Nivel

Etapa de Salida

• Etapa de entrada: Zin (Impedancia entrada) muy elevada; Av (Ganancia de voltaje) muy grande. • Etapa intermedia: desplaza el nivel del voltaje de salida (cd) de la etapa diferencial hasta un valor optimo para polarizar la etapa de salida. • Etapa de salida: circuito en contrafase, permite que el AmpOp tenga una resistencia de salida muy baja.

Realimentación

REALIMENTACIÓN • Definición – Conectar o inyectar una señal de la salida con alguna de las entradas – Una muestra de tensión o corriente en algún punto de la salida la llevamos a la entrada. • Realimentación positiva. Cuando la realimentación se hace a la entrada no inversora. Circuitos inestables, rápidamente la salida se satura a los valores máximo o mínimo (tensiones de alimentación). • Realimentación negativa. Cuando la realimentación se hace a la entrada inversora. La ganancia se reduce respecto al valor en lazo abierto y el circuito es más estable.

Amp. Op.

RESTRICCION DEL CORTOCIRCUITO VIRTUAL Aproximando las características al modelo ideal, se facilitan los cálculos teniendo en cuenta lo siguiente:

– La impedancia del operacional se considera infinita, por lo que las corrientes de entrada al operacional se pueden considerar nulas. – Si existe realimentación negativa, se puede considerar que las dos entradas se encuentran siempre al mismo potencial (siempre que no se llegue a la zona de saturación). Decimos que existe un cortocircuito virtual entre ambas entradas, ya que aunque tienen la misma tensión, entre ellas no circula corriente. • Esto se debe a que la ganancia del AO es tan elevada que unas décimas de milivoltio de tensión diferencial entre las entradas satura la salida; por tanto, al realimentar negativamente, si ambas tensiones se desequilibran y dejan de ser iguales, la realimentación negativa compensa esta diferencia y hace que las entradas tomen nuevamente el mismo valor.

• Así pues, en lazo abierto las entradas pueden tener potenciales diferentes, ya que no existe ninguna realimentación.

Amp. Op.

RESTRICCION DEL CORTOCIRCUITO VIRTUAL Aproximando las características al modelo ideal, se facilitan los cálculos teniendo en cuenta lo siguiente:

– La impedancia del operacional se considera infinita, por lo que las corrientes de entrada al operacional se pueden considerar nulas. – Si existe realimentación negativa, se puede considerar que las dos entradas se encuentran siempre al mismo potencial (siempre que no se llegue a la zona de saturación). Decimos que existe un cortocircuito virtual entre ambas entradas, ya que aunque tienen la misma tensión, entre ellas no circula corriente. • Esto se debe a que la ganancia del AO es tan elevada que unas décimas de milivoltio de tensión diferencial entre las entradas satura la salida; por tanto, al realimentar negativamente, si ambas tensiones se desequilibran y dejan de ser iguales, la realimentación negativa compensa esta diferencia y hace que las entradas tomen nuevamente el mismo valor.

• Así pues, en lazo abierto las entradas pueden tener potenciales diferentes, ya que no existe ninguna realimentación.

Amp. Op.

AMPLIFICADOR INVERSOR Es el modo de configuración más importante en los circuitos con amplificadores operacionales, es denominado inversor por estar desfasada la señal de salida 180° con relación a la de entrada, característica fundamental de este circuito. La tensión de salida es proporcional a la tensión de entrada, siendo el factor de proporcionalidad una constante que definimos con las resistencias R1 y R2. Este simple diseño de amplificador operacional puede atenuar o amplificar las señales aplicadas a nuestra entrada.

Amp. Op.

AMPLIFICADOR INVERSOR La determinación de la ganancia de tensión en bucle cerrado se realizará teniendo en cuenta la restricción del cortocircuito virtual (con realimentación negativa), las leyes de Kirchhoff y teniendo en cuenta que las corrientes en las entradas es nula. Suponiendo que en la entrada inversora está al mismo potencial que la entrada no inversora, la corriente proveniente del generador de señal que circula por R1 tendrá que continuar su camino por R2 hasta el terminal de salida.

Amp. Op.

AMPLIFICADOR INVERSOR

¿Qué ocurre si ponemos una resistencia en el terminal no inversor?

Amp. Op.

AMPLIFICADOR NO INVERSOR Este circuito presenta como característica más destacable su capacidad para mantener la fase de la señal.

Si se invierten las funciones de los terminales de entrada, el resultado es un amplificador no inversor, cuyo circuito básico es el mostrado en la Figura

Amp. Op.

AMPLIFICADOR NO INVERSOR • Se trata de un amplificador con Av > 0. • La ganancia viene dada por la relación entre las resistencias de realimentación. • La impedancia de entrada es teóricamente infinita, pues la corriente de entrada es cero. • Al ser la ganancia independiente de la carga, la tensión de salida es independiente de la carga; por tanto, la impedancia de salida es cero.

El análisis se realizará teniendo en cuenta que las corrientes son nulas.

Amp. Op.

AMPLIFICADOR SEGUIDOR DE TENSIÓN • Del amplificador no inversor, se puede deducir que la ganancia mínima es la unidad, si R2 es cero, o si R1 se deja en circuito abierto. • La tensión de salida sigue a la entrada (seguidor). • Se utiliza principalmente como etapa de adaptación de la entrada al sistema, proporcionando una resistencia de entrada elevada. • En el circuito inferior, en la etapa previa al inversor, se dispone de un seguidor para proporcionar a la etapa inversora la tensión del generador de señal exhibiendo además una alta impedancia de entrada.

LM 741 EL objetivo principal de la introducción del CI 741 es la familiarización con un circuito integrado comercial de un amplificador operacional.

Circuito Interno del LM741C

Configuración LM741C

Características eléctricas

Configuración LM324A Características eléctricas

Introducción

[1] “Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales”. Robert F. Coughlin; frederick F. Driscoll. Edit. Prentice Hall Hispanoamericana. [2] Jaramillo, Jorge, Teoría de Circuitos, Amplificadores Operacionales, UTPL [3] Coello, Rodolfo, Sistemas Computacionales, Amplificadores Operacionales: Introducción, Universidad Autónoma de Estado de Hidalgo. [4] Villalba, Germán, Amplificadores Operacionales, Departamento de Ingeniería de la Información y Comunicaciones, Universidad de Murcia. [5] “Electrónica Analógica”. Santiago Olvera Peralta. Edit. Paraninfo [6] LM741 Datasheet, National Instruments

[7] LM324 Datasheet, National Instruments.