AMPLIFICADOR OPERACIONA1L
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Amplificadores Operacionales
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EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL:
Algunos tipos de AO clasificados por prestaciones:
Uso general: LM741, LM301, TL081, TL082Para Alta frecuencia: LM318, uA715Para Instrumentacin: LM321, uA725De precisin: uA714, LM321Comparadores : LM311, LM339, LM393De Ganancia programable: uA776, LM4250De potencia: uA791De alta tensin: LH0004
Algunos circuitos integrados derivados del AO de inters prctico:
LM555 Temporizador de propsito generalLM566 Oscilador controlado por tensinAD633 Multiplicador de bajo precioAD639 Generador de ondas senoidalesAD630 Conversor tensin-frecuenciaXR-215A PLL (Conversin f/v y v/f) "PLL = Phase-Locked Loop"LM565 PLL (Conversin f/v y v/f)
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EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL:
Algunos fabricantes relevantes:
LM National Semiconductor (www.national.com)
TL Texas Instruments (www.ti.com)
uA Fairchild (http://www.fairchildrf.com/home/default.asp)
NE/SE Signetics (www.signetics.com)
XR Exar (www.exar.com)
MC Motorola (e-www.motorola.com)
Se sugiere la consulta de estas pginas. (p.e. la de Texas Instruments trae mucha informacin sobre AO)
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LM741Amplificador operacional de propsito generalLM741
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL: Ejemplos caractersticos
ENCAPSULADODIP-8
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TL081 y TL082Amplificador operacional con entrada FET
TL081
(*) Fijarse que el TL081 es compatible e intercambiable con el LM741
TL082
(*) El TL082 tiene dos TL081 en el mismo encapsulado
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL:
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ELECTRNICA BSICA
1 PARTE: Fundamentos de Electrnica Analgica (1er uso de la Electrnica)
Objetivo: Manejar y extraer informacin presente en una magnitud elctrica
Seal con informacinSensor, Antena,
CircuitoAnalgico
AmplificarFiltrarAislarNormalizarConversiones (v/v, V/i, i/v, v/f, f/v,....)Captura de pico.....
V
tEJEMPLO:
TratamientoAnalgico
Seal AM(Dbil, antena)
VSVE
Altavoz(Seal Fuerte)
ELEMENTO CLAVE EN ELECTRNICA ANALGICA:
AMPLIFICADOR ELECTRNICO
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IDEAS BSICAS DE AMPLIFICACIN
AMPLIFICADOR
+
-US
+
-UE
Que es un amplificador? Dispositivo capaz de elevar el nivel de potencia de una seal.(En nuestro caso elctrica: V o I)
Fuente de seal(Informacin)
Carga
RL
Objetivo ideal
PE = 0PS = (Entiendase, la que se quiera)
La informacin en la fuente de seal puede estar presente en forma de tensin (VE) o en forma de corriente (IE).
A la salida (en la carga), la informacin se puede entregar (con mayor potencia) pero en forma de tensin (VS) o de corriente (IS).
Las combinaciones se recogen en la siguiente tabla:
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Informacin de Entrada
Informacin de Salida
Tensin (UE) Amplificador de tensin (V/V) Tensin (US)
Tensin (UE) Amplificador de Trans-conductacia (V/I)
Corriente (IS)
Corriente (IE) Amplificador de Trans-resistencia (I/V)
Tensin (US)
Corriente (IE) Amplificador de Corriente (I/I) Corriente (IS)
-
VtContinua
V
t
Senoidal
V
tArbitraria
La tensin (VE) o la corriente (IE) de entrada a un amplificador puede tener una forma cualquiera.
REPRESENTACIN EN EL TIEMPO
El anlisis del amplificador podramos hacerlo en el anlisis del tiempo y podramosutilizar herramientas muy cmodas de anlisis ((p.e. Transformada de Laplace).
No obstante, en electricidad es habitual el anlisis de circuitos lineales conexcitacin senoidal (anlisis complejo en Teora de circuitos). Parece a priori que laseal senoidal es un caso muy particular de seal y no necesariamente unamplificador tiene que trabajar con seales senoidales.
Pero recordemos: "Cualquier seal elctrica podemos descomponerla en nivel decontinua mas una suma de seales senoidales (Desarrollo de Fourier).
Si podemos determinar como se comporta un amplificador ante continua ysenoidales de cualquier frecuencia, podemos determinar como se comporta antecualquier seal.
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VtContinua
V
t
Senoidal
V
tArbitraria
REPRESENTACIN EN EL TIEMPO
REPRESENTACIN EN FRECUENCIA
(ESPECTRO)
V
f
ContinuaDC
V
f
Senoidalf1
V
f
Arbitraria
f1 f2DC
En el mundo de la Electrnica Analgica, las representaciones en frecuencia sonmucho mas cmodas (p.e. Msica, comunicaciones, etc).
En una primera aproximacin supondremos que la entrada al amplificador essenoidal de una frecuencia genrica.
Todo el estudio ser vslido, si suponemos el amplificador un elemento lineal( CUIDADO si saturamos el amplificador !!!)
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NCP 11
Pueden configurarse para realizar diferentes operaciones (Suma, resta, diferenciacin e integracin).
Los primeros se construyeron con vlvulas.
En 1960 Robert J. Widlar desarrolla el primer operacional en chip de silicio.
En 1968 Fairchild saca al mercado el 741
El uso intensivo de los AO ha provocado que bajen drsticamente de precio.
Amplificadores operacionales
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NCP 12
Para construir circuitos con AO, en la inmensa mayora de los casos, no es necesario conocer el funcionamiento interno del dispositivo.
Amplificador de voltaje.
o i Loc
s s i o L
v R RA
v R R R R
Vs
Rs
Ri
+vi-
Aocvi+vo-
Ro
RL
-
NCP 13
avD
rord
-vD+
-
+
vO
a
rd =
ro = 0
vo= avD = a(vP-vN)
AO Ideal
iN = 0
VP
iP = 0
VN
0OD N Pv
v v va
-
NCP 14
Circuitos con realimentacin negativa
2 1
1 2 1 2
N I O
R Rv v v
R R R R
O P Nv a v v
2 1
1 2 1 2
O I O
R Rv a v v
R R R R
2 2
11 2 1
1O
I
v R RA
v RR R R
a
R2
R1
ViVo
AO
Amplificador inversor ideal
2
1
limideala
RA A
R
Amplificador inversor
-
NCP 15
Amplificador no inversor
1
1 2
N O
Rv v
R R
P Iv v
O P Nv a v v 11 2
O I O
Rv a v v
R R
1 2 2
1 1 1
1 2
11
1O
I
v R R RA
Rv R R
a R R
Amplificador no inversor ideal
2
1
lim 1ideala
RA A
R
R2
R1
Vi
Vo
AO
-
NCP 16
Seguidor de tensin
ViVo
AO
Es un amplificador no inversoren el que R1 = y R2 = 0
La ganancia del circuito es A = 1por lo que vO = vI
Es un circuito muy adecuado para realizar adaptacin de impedancias y se comercializabajo el nombre de buffer (ej. BUF-03 deAnalog Devices)
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NCP 17
Anlisis de otras configuraciones (AO ideal)Amplificador sumador
1 2 3R R R Rfi i i i
Utilizando el concepto de cortovirtual entre vP y vN obtenemos
31 2
1 2 3
1 2 3
1 2 3
0 00 0 O
f
f f f
O
v vv v
R R R R
R R Rv v v v
R R R
vov3
v2
v1
Rf
R3
R2
R1
AO
-
NCP 18
Amplificador restador
vo
v2
v1R2
R3
R1
R4
AO
Aplicando el principio de superposicinvO = vO1 + vO2, donde vO1 es vO con v2 = 0y vO2 es vO con v1 = 0
2 21 1 2
1 1
2 42 2
1 3 4
1
2 21 2 2 1
31
4
1
1
1
1
O O P
O
O O O
R Rv v v v
R R
R Rv v
R R R
R
R Rv v v v v
RR
R
-
NCP 19
Diferenciador
VoVi
C
R
AO 0
0
( )( )
C R
OI
IO
i i
vdC vdt R
dv tv t RC
dt
Integrador
VoVi
C
RAO
0
00
( ) 1( )
1( ) ( ) (0)
R C
IO
OI
t
O I O
i i
v dC v
R dt
dv tv t
dt RC
v t v d vRC
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NCP 20
Filtros
Los filtros procesan seales en funcin de sus frecuencias.
Modifican la amplitud de la seal y su fase.
Tipos ms destacados
Paso bajo
Paso alto
Paso banda
Banda excluida
-
NCP 21
Filtros activosFiltro paso bajo con ganancia
C1
R2
R1
+
-
Vs1
2
1 2
1( )
1
o
i
V RH s
V R R Cs
Para frecuencias bajas podemos ignorar la impedanciadel condensador y el circuito funciona como unamplificador inversor.
2
1
2
1
o
o
RH
R
wR C
La frecuencia de corte es aquella para la que se produceuna cada de -3 dB entre la seal de entrada y la de salida.
20logo o
i i
V VdB
V V
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FIN DE LA PRESENTACION
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ING. MSC. SALVADOR LORITE GOMEZ