Amplificador operacional básico

• El nombre de El nombre de amplificador operacionalamplificador operacional deriva del deriva del concepto de un amplificador dconcepto de un amplificador de CC,e CC, con una entrada con una entrada diferencial y ganancia extremadamente altadiferencial y ganancia extremadamente alta..

• SusSus características de operación características de operación sese determina determinann por por los elementos los elementos de de realimentaciónrealimentación ((conexión directa conexión directa entre la salida y la entradaentre la salida y la entrada) ) que se que se utilizautilizann. . Cambiando Cambiando la formala forma y disposición de y disposición de dichosdichos elementos, elementos, se se ppuedenueden implementar diferentes implementar diferentes operaciones analógicasoperaciones analógicas, y, y las características las características globales del circuito globales del circuito sese determina determinann sólo por estos sólo por estos elementos de realimentación. elementos de realimentación.

• PermitePermite realizar operaciones realizar operaciones, que , que antiguamente antiguamente se se realizaban conrealizaban con muchos componentes discretos, muchos componentes discretos, ahora ahora con uno sólocon uno sólo: : EL AMPLIFICADOR EL AMPLIFICADOR OPERACIONALOPERACIONAL..

Amplificador operacional Amplificador operacional básicobásico

Símbolo esquemáticoSímbolo esquemático

Una herramienta adicional básica del AO es su símbolo característico:

El amplificador operacional se puede pensar El amplificador operacional se puede pensar como una caja, con sus terminales de entrada y como una caja, con sus terminales de entrada y salida, ignorando qué hay dentro de dicha caja.salida, ignorando qué hay dentro de dicha caja.

El amplificador operacional idealEl amplificador operacional ideal

Se muestra un amplificador idealizado como un dispositivo de acoplo directo con entrada diferencial, y un único Terminal de salida.

El amplificador sólo responde a la diferencia de tensión entre los dos terminales de entrada, y no a su potencial común.

Las propiedades del amplificador idealpropiedades del amplificador ideal son:

1. La ganancia de tensión es infinitaes infinita:

2. La resistencia de entrada es infinitaes infinita:

3. La resistencia de salida es ceroes cero:

4. El ancho de banda es infinitoes infinito:

a

iR

0oR

BW

5. La tensión de “offset” de entrada es ceroes cero :

000 dVsíV


A partir de estas características del AO ideal, se pueden deducir dos propiedades adicionales:

• Como la ganancia en tensión es infinita, cualquier señal de salida que se desarrolle será el resultado de una señal de entrada infinitesimalmente pequeña, y la tensión de tensión de entrada diferencial es nulaentrada diferencial es nula.

• Si la resistencia de entrada es infinita, nno existe flujo de o existe flujo de corriente en ninguno de los terminales de entradacorriente en ninguno de los terminales de entrada.

Estas dos propiedades pueden considerarse como axiomas axiomas del AOdel AO. Con ellas se puede deducir el funcionamiento de casi todos los circuitos con amplificadores operacionales.


Circuitos con Circuitos con AO’sAO’s Comentarios preliminaresComentarios preliminaresLos amplificadores operacionales se pueden conectar según dos circuitos amplificadores básicos: las configuraciones...

• InversoraInversora y • No-inversoraNo-inversora.

En general, todos los circuitos con AO son variaciones estrechamente relacionadas de estas dos configuraciones, más otro circuito básico que resulta de una combinación de los dos primeros: el amplificador diferencial amplificador diferencial con AO.

En este circuito, la entrada (+) está conectada a masala entrada (+) está conectada a masa, yla señal se aplica a la entrada (-)la señal se aplica a la entrada (-) a través de RR11, con

realimentación desde la salida a través de RR22.

El amplificador inversorEl amplificador inversor

La primera configuración básica del AO es el amplificador amplificador inversorinversor:

• Como el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollará su tensión de salida, VV00 , con tensión de entrada “nula”con tensión de entrada “nula”.

1RVI i


Aplicando las propiedades del AO ideal, las características más distintivas de este circuito se pueden destacar como sigue:

• Ya que la entrada diferencial del AO es:

• Si VVdd = 0 = 0, toda la tensión de entrada VVii deberá aparecer en

RR11, obteniendo una corriente en RR11:

0 dnpd VVVV

• Como VVnn está a un potencial cero, se dice que es un punto de tierra virtualtierra virtual.

Toda la corriente II que circula por RR11 pasará por RR22, puesto que no se derivará ninguna corriente hacia la entrada del operacional (impedancia infinitaimpedancia infinita). Por lo tanto:

20 RIV


Teniendo en cuenta que la corriente por el circuito es la misma, resulta entonces:

12

0

R

VI

R

V i

La ganancia del amplificador inversor será:

1

20

R

R

V

VV

i

Este punto se le denomina tierra virtualtierra virtual, ya que siempre tendrá el mismo potencial que en la entrada (+). Como en él se “sumansuman” las señales de salida y entrada, también se lo conoce como nodo sumanodo suma.


En lazo cerrado, la entradaEn lazo cerrado, la entrada (-) (-) se iguala al potencial se iguala al potencial de la entradade la entrada (+) ( (+) (o de referenciao de referencia).).

Esta tensión puede ser masa (como en la figura anterior), o cualquier otro potencial que se desee.

Esta última característica conduce al tercer axioma básico de los amplificadores operacionales, el cual se aplica a la operación en bucle (o lazo) cerrado:

Puesto que no fluye corriente de entrada en ningún terminal de entrada, y ya que VVdd = 0 = 0, la tensión en RR11 será igual a VVii:

En este circuito, la tensión VVii se aplica a la entrada (+), y una fracción de la señal de salida VoVo, se aplica a la entrada (-) a través del divisor de tensión RR11 - R - R22.

1RIVi

El amplificador El amplificador no-no-inversorinversor

Por lo tanto, en términos de ganancia, la ecuación caracterís-tica para el AO no inversor ideal vendrá dada por:

Como :)( 21 RRIVo

se tiene que:

)( 211

1 RRR

VVo

1

2

1

21

1

1R

R

R

RR

V

Vo

El amplificador El amplificador no-no-inversorinversorCircuitos con Circuitos con AO’sAO’s

El amplificador diferencialEl amplificador diferencialUna configuración importante con AO es la que se conoce como amplificador diferencialamplificador diferencial, que no es más que una combinación de las dos configuraciones principales. Este circuito tiene señales aplicadas en ambos terminales de entrada, tal como se muestra en la siguiente figura:

Configuraciones basadas en los circuitos Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversorinversor y no inversor

Para comprender cómo funciona el circuito, primero se ana-lizarán las dos señales de entrada por separado, y después, en forma combinada. Como siempre, VVdd = 0 = 0, y la corriente de entrada en los termi-corriente de entrada en los termi-

nales es ceronales es cero. Por lo tanto:

)()()()( VVVVVd

221

1)( RRR

VV

donde la tensión en el terminal positivo será:

El amplificador diferencialEl amplificador diferencial


Por lo tanto, llamando VV0101 a la tensión a la salida debida a

VV11, y teniendo en cuenta que VV22=0=0 y que VV(-)=(-)=VV(+)(+), se tiene:

3

43

21

2101 R

RR

RR

RVV

Aplicando el principio de superposiciónprincipio de superposición, la tensión de salida se puede considerar como la suma de los efectos producidos por ambas señales en forma individual, haciendo una cero cuando se considera la otra.



Aplicando el teorema de superposición, la tensión de salida VV00 = = VV0101 + + VV0202. Haciendo que RR33=R=R11 y RR44 =R =R22, se tendrá que:

3

4202 R

RVV

La tensión de salida debida a VV22, suponiendo VV11=0=0 (y consi-derando la ecuación de la ganancia para el circuito inversor), valdrá:

1

2202 R

RVV

1

2101 R

RVV

1

2210 )(

R

RVVV



En términos de ganancia:

1

2

21

0

R

R

VV

V

es la ganancia del AO para señales en modo diferencialganancia del AO para señales en modo diferencial.

VV11 se dividirá entre RR11 y RR22, apareciendo una tensión VV(+)(+) menor en RR22. Debido a la ganancia infinita del amplificador, y a la tensión de entrada diferencial cero, esta tensión será igual a VV(-)(-) en el nodo suma ( terminal (-) ).



FINFIN

Ahora el controlAhora el control

Documents

Amplificador operacional básico