Unidad 3. El Amplificador Operacional OPAMP

UNIDAD 3: EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL OPAMPUNIDAD 3: EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL OPAMP

UNIDAD 3:EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL OPAMP

UNIVERSIDAD ALONSO DE OJEDA

FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE COMPUTACIONASIGNATURA: ELECTRÓNICA

PROFESOR: ING. GERARDO ALBERTO LEAL, MSC


El Amplificador Operacional (OPAMP) es una amplificador de gran

ganancia, utilizado para realizar amplificación, conmutación, filtrado de

señales, etc. en forma de circuito integrado. Sus diseños solo requieren

cambiar los elementos externos tales como resistencias, condensadores,

diodos, etc.

Símbolo del OPAMP y sus elementos:

vo = A (v2 – v1)

A = Ganancia

Entrada

Inversora

Entrada No

Inversora

Salida

-V

v2

+V

v1

Polarización

Negativa

Polarización

Positiva

vo


MODELOS DE CIRCUITOS INTEGRADOS DEL OPAMP

El OPAMP está compuesto internamente por muchos transistores encapsulados en Chips (Circuitos integrados). Ejemplo el modelo: LM741


Resistencia de entrada Fuente de

tensión

Resistencia de salida

Modelo eléctrico aproximado del amplificador operacional

A (v2 – v1)

+v2

-v1

- Los límites de saturación son los voltajes de alimentación (Vpos y Vneg )

- Av muy alta => Av → ∞

- Ri muy alta => Ri → ∞ V+ = V-

- Ro muy baja => Ro → 0 Vo = Av(V+-V-)

Valor finito


Circuitos de Aplicaciones típicas de los OPAMP:

Circuitos Amplificadores de Señal:Amplificador Inversor

Amplificador No Inversor

Circuitos Operadores de SeñalesSumador

Comparador

Circuitos Convertidores de SeñalesConvertidores D/AConvertidores A/D

Circuitos Filtros ActivosFiltro Paso BajoFiltro Paso Alto

Filtro Paso Banda


Amplificadores de Señales con OPAMP:Amplificador Inversor

21 R

VV

R

VV oi

0 VVCondiciones ideales:

Leyes de Kirchoff:

1

2

R

R

V

V

i

o

Función de transferencia:


Amplificador Inversor

5

A

tsenAVi

21 RR

Vo

ViA

-At

Ejemplo 2:

5

A

tsenAVi

12 4RR

Vo

ViA

-A t

+Vcc

-Vcc

saturación

Ejemplo 1:

Amplificadores de Señales con OPAMP:



21

0

R

VV

R

V o

iVVV Condiciones ideales:

Leyes de Kirchoff:

1

21R

R

V

V

i

o


Función de transferencia:



5

A

tsenAVi

12 RR

5

A

tsenAVi

12 3RR

saturación

Vo

Vi

A

-A t

Ejemplo 2:

Ejemplo 1:

Vo

Vi

A

-A t

+Vcc

-Vcc

saturación



Sumador Inversor de Señales con OPAMP:

B

B

fA

A

ff

B

B

A

Ao v

R

Rv

R

RR

R

v

R

vv

entradadedefuenteslaspor

adaproporcioncorriente


iiEE

iiCCo vvsiV

vvsiVv

Comparador de Señales con OPAMP:


El amplificador Operacional (OPAMP):Circuitos convertidores de Señal

El convertidor Digital/Analogico (D/A), produce una salida igual a la suma ponderada delas entradas, donde el peso de cada entrada esta dado por la ganancia de cada canal.

Tensión de 2 valores5VDC –> 1 Lógico0VDC -> 0 Lógico (Datos de 4 bits)

R0 = 8RfR0 = 8RfR1 = 4RfR1 = 4RfR2 = 2RfR2 = 2RfR3 = 1RfR3 = 1Rf

v3 v2 v1 v0 Vout (V)

0 0 0 0 0

0 0 0 1 0,625

0 0 1 0 1,25

0 1 0 0 2,5

1 1 1 1 9,375

v3 v3

v2 v2

v1 v1

v0 v0


El convertidor Analogico/Digital (A/D), produce un conjunto de salidas con solo dos nivelesDe voltaje (0 y 1), partir de un rango de voltajes a la entrada. Vref = 5VDC

+V y –V = 5VDC

Resolución = Vref / n+1Donde n = bits de salida

Resolución = 5 / 8 = 0,625 V

7 6 5 4 3 2 1 Vin (V)

0 0 0 0 0 0 0 0 a 0,625

0 0 0 0 0 0 1 0,625 a 1,25

0 0 0 0 0 1 0 1,25 a 1,875

0 0 0 0 1 0 0 1,875 a 2,5

0 0 0 1 0 0 0 2,5 a 3,125

0 0 1 0 0 0 0 3,125 a 3,75

0 1 0 0 0 0 0 3,75 a 4,375

1 0 0 0 0 0 0 4,375 a 5

(Datos de 7 bits)

Convertidor Analogico/Digital (A/D):


Ejercicio Propuesto de Amplificadores:


Ejercicio Propuesto Convertidores A/D y D/A:


Concepto de Filtro Activo:

Los filtros activos son circuitos electrónicos utilizados en sistemas de comunicaciones, conformados por resistencias, capacitores y amplificadores operacionales, con el propósito de impedir o permitir el paso de señales a determinados valores o rangos de frecuencias.

f1 = (10Khz)

f2 = (5Khz)

f0 = (5Khz)Filtro Activo


Es la representación grafica de la ganancia de voltaje del filtro (Av) en función de la frecuencia (f). Av

f

Rango de Frecuencias Permitidas

0

Debido a que Av puede tener valores muy grandes y muy pequeños, en la grafica de respuesta se utiliza una escala logarítmica para representar a Av, con una unidad llamada el Belio. El submúltiplo de esta unidad utilizado en la mayoría de los sistemas es el Decibelio (dB), que corresponde a una decima parte del Belio. El dB, es la unidad típica para representar las relaciones de ganancia de voltaje y potencia:1dB = 10 Log Ap1dB = 20 Log Av, donde la Av = Vo/Vi, donde Vo es el voltaje de salida y Vi el de entrada

Respuesta Ideal de un Filtro Activo:

El decibelio (dB):


Tipos de Filtros Activos:

dB

f (Hz)

Banda Pasante

0 fc

Banda Eliminada

dB

f (Hz)

Banda Pasante

0 fc

Banda Eliminada

Filtro Paso Bajo:Permite el paso de señales cuyas frecuencias estén comprendidas desde 0 hasta una frecuencia de corte fc y bloquea todas las frecuencias por encima de dicha fc.

Filtro Paso Alto:Permite el paso de señales cuyas frecuencias estén comprendidas por encima de una frecuencia de corte fc y bloquea todas aquellas que estén entre 0 y dicha frecuencia de corte.


dB

f (Hz)

Banda Pasante

0 fo

Banda Eliminada

Banda Eliminada

fc1 fc2

fc1 Frecuencia corte inferiorfc2 Frecuencia corte superiorfo Frecuencia central operación

Filtro Paso Banda:Permite el paso de señales cuyas frecuencias estén comprendidas por encima de una frecuencia de corte inferior fc1 y por debajo de una

frecuencia de corte superior fc2, bloqueando las frecuencia fuera de

este rango. Este tipo de filtros se utiliza para sintonizar una señal en sistemas de radiofrecuencia o de televisión.

Tipos de Filtros Activos:


Parámetros de un Filtro Paso banda:


Este parámetro se utiliza para establecer la cantidad de pérdida de señales cuando pasan por un filtro. Con una tensión de entrada constante, la atenuación se define como la tensión de salida a cualquier frecuencia, dividida entre la tensión de salida para las frecuencias medias. Establece la respuesta que define el comportamiento del filtro real, en relación al filtro de respuesta ideal.

Av

f

Rango de Frecuencias Permitidas

0

Puntos de Atenuación

Concepto de Atenuación:


Circuitos de Filtros Activos:






Ejercicios de Filtros Activos:

Education

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