EL_AMPLIFICADOR_OPERACIONAL

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EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

El Amplificador Operacional

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EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

• 1.- Características.• 2.- Funcionamiento.• 3.- Realimentación negativa.• 4.- Aplicaciones lineales.• 5.- Aplicaciones no lineales.• 6.- Conversor digital – analógico.• 7.- Conversor analógico – digital.

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1.- Características.

• Es un amplificador de tensión.

• Entrada diferencial.• Elevada impedancia de

entrada.• Pequeña impedancia de

salida.• Alimentación típicamente

simétrica: +VCC, -VCC• También hay A.O. para

soportar alimentación asimétrica: VCC, 0 ó –VCC, 0 V.

Salida

Entradainversora

Entrada noinversora

Alimentaciónpositiva

Alimentaciónnegativa


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1.- Características.

BW

ZS

ZE

AV

4 MHz(TL081)

1,5 MHz(LM741)

0Ancho de banda

50 Ω máx. (TL081)

75 Ω típ. (LM741)

0Impedancia de salida

106 MΩ(TL081)

2 MΩ(LM741)

InfinitaImpedancia de entrada

300.000 máx. (TL081)

200.000 máx. (LM741)

InfinitaGanancia de tensión

A.O. reales (ejemplos)A.O. ideales

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2.- Funcionamiento.

• Ad: ganancia diferencial.• Amc: ganancia en modo

común.• V+ y V-: entradas.• VS: salida.• El elevado valor de Ad

hace que diferencia de tensiones de entrada mínimas saturen el A.O.

• Las propias tensiones de desequilibrio internas (offset) saturan el A.O.

V+ - V-

VS

VCC

-VCC

++−= −+

−+ 2

VV·A)VV·(AV mcdS


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2.- Funcionamiento.

• Algunos modelos de A.O. incorporan 2 entradas adicionales, llamadas BALANCE o OFFSET NULL.

• Los catálogos de los fabricantes proponen el montaje a añadir si se desea.

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3.- Realimentación negativa.

• Suponiendo ganancia diferencial infinita, el sistema sólo se estabiliza cuando la diferencia de tensión en sus entradas se anula.

• La realimentación hace que: V+ = V-

• Esto es la base de análisis de los circuitos lineales con A.O.


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4.- Aplicaciones lineales.

• 4.1.- Seguidor de tensión.• 4.2.- Amplificador inversor.• 4.3.- Amplificador no inversor.• 4.4.- Sumador inversor.• 4.5.- Restador (amplificador diferencial).• 4.6.- Derivador inversor.• 4.7.- Integrador inversor.

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4.1.- Seguidor de tensión.

VS

VE

• VS = VE

• Por la entrada no inversora no circula intensidad.

• La intensidad en la salida la proporciona el A.O.

• Esto permite aislar las intensidades en diferentes partes de un circuito, manteniendo las tensiones.


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4.2.- Amplificador inversor.

• La ganancia se ajusta con R1 y R2.

• El signo negativo indica que la señal de salida está invertida respecto a la de entrada.

• En el caso de señales de entrada periódicas (por ejemplo senoidales) implica un desfase de 180º.E

1

2S V

R

RV −=

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4.3.- Amplificador no inversor.

• La ganancia se ajusta con R1 y R2.

• La impedancia de entrada del circuito es la propia del amplificador operacional.

E1

2S V

R

R1V

+=


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4.4.- Sumador inversor.

)VV(R

RV 21

1

2S +−=

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4.4.- Sumador inversor.

• Con R2 y R1 se puede aumentar o disminuir la tensión de salida proporcionalmente a la suma de las tensiones de entrada.

• Se pueden añadir tantas tensiones de entrada como se desee, a través de una resistencia de valor R1conectada al nudo de la masa virtual.

• Variando el valor de la resistencia R1 de forma diferente para cada tensión de entrada, se puede hacer una suma ponderada a cada sumando.

• Obsérvese que el signo menos en la ecuación indica que la tensión de la salida está invertida respecto a la suma de las tensiones de entrada.


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4.5.- Amplificador diferencial.

• Con R1 y R2 se puede aumentar o disminuir la tensión de salida proporcionalmente a la diferencia de las tensiones de entrada.

)VV(R

RV 21

1

2S −=

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4.6.- Derivador inversor.

• La tensión de salida es proporcional a la derivada de la tensión de entrada.

• El signo negativo indica que la salida está invertida.

dt

dVC·RV E

S −=


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4.7.- Integrador inversor.

VS

VE

R

C

• La tensión de salida es proporcional a la integral de la señal de entrada.

• El signo negativo indica que la salida está invertida.

∫−= dtVC·R

1V ES

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5.- Aplicaciones no lineales.

• 5.1.- Comparador de tensión.• 5.2.- Comparador de tensión con salida

compatible TTL.• 5.3.- Multivibrador monoestable.• 5.4.- Multivibrador astable.


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5.1.- Comparador de tensión.

• Una vez fijada la tensión de referencia con el potenciómetro la salida es:

• + VSAT si VE > VRef.• – VSAT si VE < VRef.• La tensión de saturación

VSAT normalmente es ligeramente inferior (en valor absoluto) a la tensión de alimentación VCC.

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5.2.- Comparador de tensión con salida compatible TTL.

• La tensión en la salida toma 2 únicos valores:

• + 5,1 V si VE > VRef.• – 0,6 V si VE < VRef.• Valores que se

pueden usar como entrada a una puerta lógica TTL.


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5.3.- Multivibrador monoestable.

VS

V2

R3

R1

R2

V1

C

VCC

R4

• La salida está a 0 V un tiempo (t) después de pulsar el pulsador.

• Pasado este tiempo, la salida se mantiene estable a VSAT.

• La R4 debe tener muy poca resistencia, para permitir una descarga muy rápida del C.

+=

1

23 1·ln·

R

RCRt

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5.4.- Multivibrador astable.

• El propio offset del A.O. sirve de arranque al circuito, que se acaba saturando.

• Entonces el condensador empieza a cargarse para alcanzar la nueva tensión de saturación.

• Cuando V1 supera a V2cambia la salida y vuelve a empezar el ciclo.

+=

2

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·21·ln··2

R

RCRT


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6.- Conversor digital – analógico.

R2

2·R1

4·R1 V

S

V2

V1

8·R1

R1

V3

V0

+VCC

-VCC

• 4 bits de entrada, que se introducen por las entradas V3 (MSB), V2, V1 y V0 (LSB).

• Cada entrada podrátomar los valores correspondientes a su familia lógica.

+++−=

1

0

1

1

1

2

1

32S R8

V

R4

V

R2

V

R

VRV

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7.- Conversor analógico – digital.

5 4 3 2 167

CAD paralelo “Flash”


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7.- Conversor analógico – digital.CAD por aproximaciones sucesivas “rampa”

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