AMPLIFICADOR OPERACIONA1L
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Amplificadores Operacionales
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL:
Algunos tipos de AO clasificados por prestaciones:
Uso general: LM741, LM301, TL081, TL082Para Alta frecuencia: LM318, uA715Para Instrumentación: LM321, uA725De precisión: uA714, LM321Comparadores : LM311, LM339, LM393De Ganancia programable: uA776, LM4250De potencia: uA791De alta tensión: LH0004
Algunos circuitos integrados derivados del AO de interés práctico:
LM555 Temporizador de propósito generalLM566 Oscilador controlado por tensiónAD633 Multiplicador de bajo precioAD639 Generador de ondas senoidalesAD630 Conversor tensión-frecuenciaXR-215A PLL (Conversión f/v y v/f) "PLL = Phase-Locked Loop"LM565 PLL (Conversión f/v y v/f)
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 páginas. (p.e. la de Texas Instruments trae mucha información sobre AO)
LM741Amplificador operacional de propósito generalLM741
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL: Ejemplos característicos
ENCAPSULADODIP-8
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:
ELECTRÓNICA BÁSICA
1ª PARTE: Fundamentos de Electrónica Analógica (1er uso de la Electrónica)
Objetivo: Manejar y extraer información presente en una magnitud eléctrica
Señal con informaciónSensor, Antena,
CircuitoAnalógico
AmplificarFiltrarAislarNormalizarConversiones (v/v, V/i, i/v, v/f, f/v,....)Captura de pico.....
V
tEJEMPLO:
TratamientoAnalógicoSeñal AM
(Débil, antena)
VS
VE
Altavoz(Señal Fuerte)
ELEMENTO CLAVE EN ELECTRÓNICA ANALÓGICA:
AMPLIFICADOR ELECTRÓNICO
IDEAS BÁSICAS DE AMPLIFICACIÓN
AMPLIFICADOR+
-US
+
-UE
¿Que es un amplificador? Dispositivo capaz de elevar el nivel de potencia de una señal.(En nuestro caso eléctrica: V o I)
Fuente de señal(Información)
Carga
RL
Objetivo ideal
PE = 0PS = ∞ (Entiendase, la que se quiera)
La información en la fuente de señal puede estar presente en forma de tensión (VE) o en forma de corriente (IE).
A la salida (en la carga), la información se puede entregar (con mayor potencia) pero en forma de tensión (VS) o de corriente (IS).
Las combinaciones se recogen en la siguiente tabla:
Información de Entrada
Información de Salida
Tensión (UE) Amplificador de tensión (V/V) Tensión (US)
Tensión (UE) Amplificador de Trans-conductacia (V/I)
Corriente (IS)
Corriente (IE) Amplificador de Trans-resistencia (I/V)
Tensión (US)
Corriente (IE) Amplificador de Corriente (I/I) Corriente (IS)
V
tContinua
V
t
Senoidal
V
tArbitraria
La tensión (VE) o la corriente (IE) de entrada a un amplificador puede tener una forma cualquiera.
REPRESENTACIÓN EN EL TIEMPO
El análisis del amplificador podríamos hacerlo en el análisis del tiempo y podríamos utilizar herramientas muy cómodas de análisis ((p.e. Transformada de Laplace).
No obstante, en electricidad es habitual el análisis de circuitos lineales con excitación senoidal (análisis complejo en Teoría de circuitos). Parece a priori que la señal senoidal es un caso muy particular de señal y no necesariamente un amplificador tiene que trabajar con señales senoidales.
Pero recordemos: "Cualquier señal eléctrica podemos descomponerla en nivel de continua mas una suma de señales senoidales (Desarrollo de Fourier).
Si podemos determinar como se comporta un amplificador ante continua y senoidales de cualquier frecuencia, podemos determinar como se comporta ante cualquier señal.
V
tContinua
V
t
Senoidal
V
tArbitraria
REPRESENTACIÓN EN EL TIEMPO
REPRESENTACIÓN EN FRECUENCIA
(ESPECTRO)
V
fContinuaDC
V
f
Senoidalf1
V
fArbitraria
f1 f2DC
En el mundo de la Electrónica Analógica, las representaciones en frecuencia son mucho mas cómodas (p.e. Música, comunicaciones, etc).
En una primera aproximación supondremos que la entrada al amplificador es senoidal de una frecuencia genérica.
Todo el estudio será váslido, si suponemos el amplificador un elemento lineal (¡¡¡ CUIDADO si saturamos el amplificador !!!)
NCP 11
– Pueden configurarse para realizar diferentes operaciones (Suma, resta, diferenciación e integración).
– Los primeros se construyeron con válvulas.– 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 drásticamente de precio.
Amplificadores operacionales
NCP 12
– Para construir circuitos con AO, en la inmensa mayoría 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 P
vv v v
a
NCP 14
Circuitos con realimentación negativa
2 1
1 2 1 2N I O
R Rv v v
R R R R
O P Nv a v v
2 1
1 2 1 2O I O
R Rv a v v
R R R R
2 2
11 2 1
1O
I
v R RA
v RR R Ra
R2
R1Vi Vo
AO
Amplificador inversor ideal
2
1
limideala
RA A
R
Amplificador inversor
NCP 15
Amplificador no inversor
1
1 2N O
Rv v
R R
P Iv v
O P Nv a v v 1
1 2O 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 Ra R R
Amplificador no inversor ideal
2
1
lim 1ideala
RA A
R
R2
R1
Vi
VoAO
NCP 16
Seguidor de tensión
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 adaptación de impedancias y se comercializabajo el nombre de “buffer” (ej. BUF-03 deAnalog Devices)
NCP 17
Análisis 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 31 2 3
0 00 0 O
f
f f fO
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 superposiciónvO = 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
RR R
v v v v vRRR
NCP 19
Diferenciador
VoViC
R
AO 00
( )( )
C R
OI
IO
i i
vdC vdt R
dv tv t RC
dt
Integrador
VoVi
C
R AO
0
00
( ) 1( )
1( ) ( ) (0)
R C
IO
OI
t
O I O
i i
v dC v
R dtdv t
v tdt RC
v t v d vRC
NCP 20
Filtros
• Los filtros procesan señales en función de sus frecuencias.
• Modifican la amplitud de la señal y su fase.• Tipos más 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( )
1o
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 caída de -3 dB entre la señal de entrada y la de salida.
20logo o
i i
V VdB
V V
FIN DE LA PRESENTACION
ING. MSC. SALVADOR LORITE GOMEZ