GUIA NUEVE

3.2 Actividades de contextualización e identificación de conocimientos necesarios para el aprendizaje.

Los amplificadores operacionales, también llamados Op Amp por sus siglas en inglés, son dispositivos electrónicos capaces de realizar una gran cantidad de funciones dentro de un circuito electrónico, dependiendo de la como se coloque dentro del mismo.

El amplificador operacional posee 5 patas, las cuales poseen distintas funciones:

– input Entrada INVERSORA

+ Input Entrada no INVERSORA

Output Salida

+Vss Alimentación Positiva

-Vss Alimentación Negativa

En los amplificadores operacionales se cumplen algunas condiciones: La impedancia entre las entradas INVERSORA y no INVERSORA es infinita, por lo que no hay corriente de entrada. La diferencia de potencial entre las terminales INVERSORA y no inversora es, o debe ser nula. No hay corriente entrando o saliendo de las patas inversora y no inversora. Con dichas condiciones basta para conocer el funcionamiento de los amplificadores operacionales. El símbolo del amplificador operacional es el de un triángulo en cuya base de colocan las patas INVERSORA y no inversora. En el vértice superior se coloca la salida. En los lados del triángulo se colocan las entradas del voltaje que se necesita para hacer efectiva la amplificación.

DescripciónTerminal

Características ideales de los AO

Amplificador operacional ideal:

Un amplificador operacional ideal debería reunir las siguientes características:

a) Ganancia en lazo abierto (A) infinita.

b) Ancho de banda infinito.

c) Impedancia de entrada infinita.

d) Impedancia de salida nula.

Como consecuencia de estas características, tenemos:

Como A tiende a infinito, Vi tenderá a 0.Como Zent. Es muy elevada, Ii será 0.Cuando se cumple Ii=0 y Vi=0 se dice que en la entrada existe una tierra virtual o cortocircuito virtual. Cortocircuito virtual o tierra virtual es pues el hecho de que entre dos puntos se cumple que a efectos de tensión es un cortocircuito y a efectos de intensidad un circuito abierto. También podemos decir que es aquel punto de un circuito que estando a 0V de tensión, no consume corriente.

Saturación: Si introducimos en un amplificador operacional (A.O.) una cierta tensión de entrada, a la salida obtendremos esa misma tensión de entrada multiplicada por la ganancia Vo=A(Vi). Por ejemplo. Si un A.O. tiene una ganancia de 100.000 e introducimos una tensión de 1 voltio, se comprende fácilmente que a la salida no tendremos 100.000 voltios, sino que la tensión de salida estará limitada por la tensión de alimentación, por consiguiente la máxima tensión de salida de un A.O. es la tensión de alimentación, más exactamente el 90% de dicha tensión de alimentación; cuando el A.O. está en esta situación se dice que está saturado.

Características reales de los AO

Las características anteriores no se pueden alcanzar en la realidad, pero los valores reales se aproximan bastante a los ideales. Así:

Ganancia de tensión en lazo abierto muy alta: 10³ a 10⁶ Gran ancho de banda, desde la amplificación en la corriente

continua hasta varios cientos de MHz Resistencia de entrada muy alta, superior a 1MΩ Resistencia de salida muy baja, del orden de unos pocos Ω Ganancias en modo común distinta a cero, pero tiende a ser nula

Realimentación negativa: frecuentemente abreviado como NFB, del inglés Negative Feedback es un tipo de realimentación en el cual el sistema responde en una dirección opuesta a la señal.1 El mecanismo consiste en retro actuar sobre alguna entrada del sistema una acción (fuerza, voltaje, etc.) proporcional a la salida o resultado del sistema, de forma que se invierte la dirección del cambio de la salida. Esto tiende a estabilizar la salida, procurando que se mantenga en condiciones constantes. Esto da lugar a menudo a equilibrios (en sistemas físicos) o a homeostasis (en sistemas biológicos) en los cuales el sistema tiende a volver a su punto de inicio automáticamente. Normalmente se suele describir esta acción como que "algo inhibe la cadena de formación anterior para estabilizar algún compuesto cuyo nivel se ha elevado más de lo necesario".

La realimentación positiva1 es uno de los mecanismos de realimentación por el cual los efectos o salidas de un sistema causan efectos acumulativos a la entrada, en contraste con la realimentación negativa donde la salida causa efectos sustractivos a la entrada.1 Contrario a lo que se puede creer, la realimentación positiva, no siempre es deseable, ya que el adjetivo positivo, se refiere al mecanismo de funcionamiento, no al resultado. En los sistemas la realimentación es la que define el equilibrio que pueden darse. Por ejemplo con la realimentación positiva, difícilmente se logran puntos de equilibrio estable. Es posible identificar la realimentación positiva en sistemas de la naturaleza como el clima, la biosfera, como también en sistemas creados por la humanidad como la economía, la sociedad y los circuitos electrónicos.

3.3 Actividades de apropiación del conocimiento (Conceptualización y Teorización).

a. ¿Cuál es la función para la cual está diseñado un amplificador operacional?

El amplificador operacional está diseñado para amplificar principalmente señales muy débiles o pequeñas, aunque no quiere decir que no sirva para señales medianas

a. ¿Cuál es la fórmula del voltaje de salida del amplificador operacional?

Vo= A (V+ - Vˉ)

b. ¿Cuál es la fórmula para determinar la ganancia de un amplificador operacional, teniendo en cuenta que la ganancia es igual al voltaje de salida dividido en el Voltaje de entrada?

Av=VoutVin

c. Teniendo en cuenta el esquemático del amplificador operacional, realice el esquema de conexión para implementar un amplificador operacional utilizando circuitos Integrados LM741, LM 324. Dibuje el esquema en forma ordenada y especificando Las conexiones de los pines de cada amplificador operacional.

Amplificador InversorAmplificador No inversor

Sumador InversorSumador No inversor

Seguidor de tensión Inversor

d. Teniendo en cuenta el esquemático del amplificador operacional, realice el esquema de conexión para implementar un amplificador operacional utilizando circuitos Integrados LM741, LM 324. Dibuje

el esquema en forma ordenada y especificando Las conexiones de los pines de cada amplificador operacional.

Inversor y no inversor

La señal de color rosa es la señal de entrada para el circuito inversor, y la señal amarilla es la señal amplificada e invertida

La señal de color verde es la señal de entrada para el circuito no inversor, y la señal azul es la señal amplificada

Sumador Tres señales de entradas para sumarlas y la señal verde es las señal de salida, que solo esta saliendo V3

Activando la entrada V2, en la salida va sumando la señal

Activando la entrada V3, en la salida se tiene la suma de esta seña con las otras dos señales,

Seguidor de tensión

La señal que entra es igual a la señal que sale, Vout=Vin, ya sea que la señal entre por la inv o la no inv la señal no se va a invertir

Comparador de señales

Comparando señales directas, la línea verde es el punto de referencia tierra, la señal de color amarillo es la señal que va a la entrada no inv, la señal azul es la que va a la entrada inv, y la señal rosa es la salida, el amplificador en esta configuración compara las dos señales y amplifica la mayor de las dos en este caso la de la inv

Cuando la señal de la inv es mayor la señal de salida es invertida

Con ondas es lo mismo, SOLO QUE SALE CUADRADA, la señal mayor es la de la no inv, por eso la salida es positiva

Cuando la señal que entra por la inv es mayor la señal sale invertida

Restador

A la señal que entra por la inv se le resta la señal que entra por la no inv, la señal azul es de la no inv la rosa es la de la inv, y la amarilla es de la salida (la resta de la señales)

Integrador

Cuando el condensador es un grande

Cuando el condensador es pequeño

3.4 ACTIVIDADES DE TRANSFERENCIA DEL CONOCIMIENTO.

Diseño de sistemas con amplificadores operacionales

Se desea diseñar un sistema con un Am-op, se requiere obtener una ganancia de 10. Se cuenta con resistencias de R1=10k y R2= 5k. Halle el valor de RG para obtener la ganancia deseada.

Ao= RGR1 V∈¿ Vout−Vin2

10

10= RG10K Vin=5V−0.5V

10

10∗10=RG Vin= 4.510 = 0.45V

100K=RG

Vout=Rf (V 1R1

+V 2R2

)

Vout=(V 1R2+V 2R2R1.R2 )=RF

Vout+ ¿V 1R2

(R1 R2)+V 2R1

=Rf ¿

Rf= 5V (10∗5)450mV∗5+500mV∗10K

¿2502,25+5 ¿34

Se tiene un sistema de amplificador operacional con los siguientes valores de resistencias R1=20K R2=10k RG=5k. Halle el valor de la Ao de dicho amplificador.

Rp= R1×R2R1+R2

¿ 20×1020+10

¿ 20030 ¿6.6 k

Basado en el esquemático presentado en el material de apoyo. Realice la simulación del amplificador utilizando los siguientes parámetros R1=10k y R2=5k. Varié el valor de RG para obtener 5 resultados diferentes de ganancia. Observe las señales de entradas y salidas del amplificador simulando.

Rp= R1×R2R1+R2

¿ 10×510+5 ¿

5015

=3.3k

Ao= RGRp

Ao1= 10k3.3k

=3.03 Ao2= 20k3.3k=6.06

Ao3= 30 k3.3k

=9.09 Ao4= 50k3.3k=15.15

Ao5=100 k3.3k

=30.3