ELECTRONICA III (ELT-2782) HORARIO: JUEVES 10:30-12, VIERNES 10:30-12 PONDERACION 3 EX. PARCIALES 30% 1 EX. FINAL 30% LABORATORIOS 20% AUX, PROY Y TRABAJOS 20% BIBLIOGRAFIA DISEÑO ELECTRONICO, SAVANT RODAN CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES, ROBERT COUGLIN INTRODUCCION A LOS A.O.CON CIRCUITOS LINEALES, LUCAS M.

FAULKENBERRY SISTEMAS ELECTRONICOS, SAHUQUILLO AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS INTEGRADOS

LINEALES, J.M.FIORE. DISEÑO CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS

INTEGRADOS ANALOGICOS, SERGIO FRANCO

CAPITULO I

TOPICOS DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES

DOCENTE : Simón Choquechambi Martínez

ORURO-BOLIVIA

FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA

www.docentes.utonet.edu.bo/schoquechambim

OBJETIVOS

- Explicar sus características fundamentales

-Identificar el fabricante, el A.O y el tipo de encapsulado-Identificar los terminales del A.O

Introducción

El amplificador operacional es un dispositivo integrado lineal o analógico, cuya principal característica es la elevada ganancia de tensión que posee cuando trabaja en lazo abierto (Ad), se construye con transistores BJTS, jfets, etc.

.Entre la principales aplicaciones se tiene:

SISTEMAS ELECTRONICOS DE CONTROL TELECOMUNICACIONES INSTRUMENTACION INDUSTRIAL SISTEMAS DE AUDIO COMPUTADORAS ANALOGICAS INSTRUMENTACION MEDICA Etc.

Diagrama para la adquisición de datos con AO

Sensor: convierte los parámetros físicos, como temperatura tº, presión (P), velocidadde un motor (Herzt), sales del agua o Ph, etc, en señales eléctricas como voltaje,corriente y resistencia.

Acondicionamiento de señal: interfaz de entrada donde se usan AO y otroscircuitos integrados.

Microcontrolador: computadora digital, ejemplo un PLC.

Interfaz de salida: aislamiento entre el microcontrolador y las cargas de alto voltaje.Tenemos circuitos con TRIACS, SCR y transistores de potencia.

Carga: cargas típicas como hornos motores, calderas, moto bombas, unidades deaire acondicionado, etc.

Desarrollo

Los amplificadores operacionales se fabrican a partir detecnología de transistores especialmente Bjts y JFET.

Hoy se fabrican a partir de los transistores MOS. Estodebido al bajo consumo de corriente de entradas ypermiten manejar el voltaje de salida dentro de losrangos de la fuente de alimentación del circuito.

Se fabrican en encapsulados de 1, 2 y cuádruples(4). Interfaz en la conversión de señales en circuitos A/D

(conversor análogo digital y D/A (conversor digitalanálogo)

Etc.

Símbolo del amplificador operacional:

Terminales e identificación del amplificador operacional

•Terminal de entrada inversora, V-.

•Terminal de entrada no inversora V+.

•Terminal de alimentación positiva +Vcc.

•Terminal de alimentación negativa, -Vcc.

•Terminal de salida, Vo.

Simbolo Circuito Equivalente real

Ejemplo de encapsulado

Otros A.O: LM747, LM3900, TL072, LF351, etc

La descripción de los terminales es la siguiente:

1 y 5 Destinados al equilibrado del AOP (ajuste de la tensión OFFSET.

2. Entrada inversora

3.Entrada no inversora

4. Alimentación Negativa (-3V a -18V)

7. Alimentación positiva (+3V a +18V)

6. Salida

8. No utilizada.

Circuitos internos LM741

Circuitos internos LM324

CARACTERISTICAS DEL LM747C

Identificación de un amplificador operacional

¿De qué tipo de amplificador se trata? ¿Quién lo fabrica? ¿Qué calidad tiene?, ejemplo intervalos de

temperatura. ¿Qué clase de encapsulado contiene al AO? Los fabricantes utilizan 4 partes para identificar los

dispositivos:1. Prefijo de letras,2. Número de circuito,3. Subfijo de letras,4. Código de especificación militar.

Código de identificación

1. Prefijo de letras: el código de prefijo de letras consta de dos o tres letras mediante las que se identifica al fabricante.

Prefijo literal Fabricante

AD/OP Analog Devices

CA/HA Harris

LM National Semiconductor

MAX Maxim

MC Motorola

OPA Burr-Brown

TL Texas Instruments

UA (µA) Fairchild

LT Linear Technology

2. Número de circuito: consta de 3 o 7 números y letras que identifican el tipo de AO y su intervalo de tº.

Los tres códigos de intervalo de tº, son:C; comercial de 0 a 70 ºC.I; industrial de -25 a 85 ºC.M; militar de -55 a 125 ºC.

3.Sufijo de letras; este sufijo de una y dos letras identifica el tipo deencapsulado que contiene al microcircuito del AO. Es necesariosaber el tipo de encapsulado para poder saber los terminalescorrespondientes. Los tres códigos más comunes son:

D: de plástico, para montar en superficie de una tarjeta de circuitoimpreso.

J: de cerámica. N,P: de plástico, para circuitos impresos, los terminales salen de la

superficie.

4.Código de especificación militar: sólo se emplea cuando la partese utiliza en aplicaciones de alta confiabilidad.

Ejemplo de especificación: LM 741CN

Fuente de alimentación

La fuente de alimentación de un AO es bipolar (simétrica), esto +/- Vcc, ejemplo:

Características AO Resistencia de entrada Rin →∞, en forma ideal. En la práctica es del orden de 1MΩ. Resistencia de salida R0=0 Ohm. En la práctica es del orden de lo 100 Ω o menos. Ganancia de voltaje a lazo abierto, Ad →∞. En la práctica Ad de 106 a bajas frecuencias.

Características de entrada- salida

La salida de voltaje Vo es proporcional a la entrada, esta relación sellama ganancia en lazo abierto y se simboliza como Ad. Asítenemos:

CURVA DE GANANCIA

FRECUENCIA DE TRANSICION (Ft)A esta frecuencia, la ganancia en lazo abierto del A.O. se reduce a la unidad

Ft

V+, entrada no inversora. V-, entrada inversora. v0=, salida del AO. V0= Ad(v+-v-) vd= v+-v-

Ad es la ganancia a lazo abierto. BW infinita, en la práctica 0.45 MHz LM741. Si Ad es muy grande:

v+- v-=0Entonces v+=v-

Condiciones de análisis

Metodología de análisis

El voltaje entre v+ y v- es cero o v+=v-. La corriente tanto en la terminal v+ como en la v- es

cero. Escribir la ecuación de nodo de la ley de corrientes de

Kirchhoff en la terminal no inversora, v+ y terminalinversora v-.

Parámetros de los Amplificadores

Operacionales

El hecho de que los transistores del estado diferencial de entrada del Amplificador operacional al no ser idénticos, provocan un desbalance interno, del cual resulta una tensión de salida denominada tensión de offset de salida, a pesar de no tener señal en las entradas.

En los terminales 1 y 5 del AOP741 se conecta un potenciómetro y el Terminal 4. Esto posibilita la anulación de la señal de error presente, a través de un ajuste adecuado del potenciómetro

Slew Rate

El SR nos da la velocidad con que la salida del AO responde a una variación en la entrada. En resumen se trata de una taza de retardo o de una respuesta de tiempo. Cuanto mayor el SR mejor será el amplificador operacional.

El SR de algunos operacionales: LM741 SR=0,5V/useg LM351 SR=13V/useg LM318 SR=70V/useg Si SR→∞, el tiempo de respuesta es cero

Graficar la tensión de salida para SR=0,5V/useg

Respuesta para una onda senoidal

Para una señal senoidal

2MAX

SR fV

Factor de Rechazo de Modo Común C.M.R.R. Propiedad de un A.O. de atenuar cualquier señal de entrada

aplicada simultáneamente en las entradas. (el valor típico de 90dB solo garantiza hasta 200Hz).La CMRR es el cociente entre la amplificación diferencial y la amplificación de modo común, y cuanto mayor sea, mas se acercara al caso ideal.

Un valor típico es 90dB Disminuye con la frecuencia

( ) 20log 20log d

mc

ACMRR db CMRRA

Ganancia diferencialGanancia en modo comun

d

mc

ACMRRA

0mc

cm

VA

V

FACTOR DE RECHAZO DE MODO COMUN (CMRR)

En un conjunto de opamp's configurados como amplificador de instrumentación, cuando el voltaje 1 (V+) y el voltaje 2 (V-) son iguales, existe una pequeña señal de salida, cuando lo ideal sería que esta fuera cero. La CMRR es una medida del rechazo que ofrece la configuración a la entrada de voltaje común.El CMRR es positivo y se mide en decibelios

Tensión offset de entrada (VIO) Es la tensión continua entre las entradas que produce

salida cero (para el 741 = 5mV), pequeños voltajes no deseados generados internamente por el A.O, que da lugar a que aparezca un voltaje de salida, cuando ambas entradas están conectadas a 0V.

Rangos de tensión de entrada Con una alimentación de 10V, las entradas están

entre 7V o unipolar ±7V. Errores asociados a la salida La salida de un A.O:

Intensidad máxima de salida

VVV CCMAXo 5,1

mAIMAXo 20

Características real e ideal del A.O

CONCEPTO DE DECADAS Y OCTAVAS

Decimos que una frecuencia f1 varia una década cuando toma un nuevo valor f2 de modo que: f2=10xf1, Generalmente decimos que f1 varia n décadas cuando f2=10nf1

Decimos que una frecuencia f1 varia una octava cuando toma un valor f2, de forma que: f2=2f1. De modo general decimos que f1 varia n octavas cuando: f2=2nf1

¿Que podemos hacer con un AO?

Multiplicar por Vi·(-1): Cambiador signo o inversor

Multiplicar por Vi·(-k) o Vi·(1+k) Cambiador de escala

Multiplicar por Vi·(1) Seguidor de emisor

Cambiar el desfase entre la entrada y salida Cambiador de fase Sumar tensiones ±(k1·v1+k2*V2+...kn·Vn) Sumador Resta de dos tensiones (k1·V1-k2*V2) A. Diferencial o

Restador

HOJAS CARACTERISTICAS

LM 741 LM 747 LM 324

Implementar circuitos para medicion de:CMRR (Common Mode Rejetion Ratio)SR (Slew Rate)