Amplificador operacional
Páginas: 7 (1598 palabras)
Publicado: 21 de febrero de 2010
José Luis Rodríguez, Ph.D., Agosto del 2004
1
Amplificadores Operacionales
Un Amplificador Operacional (AO) es un amplificador modular de multietapas con una entrada diferencial que se aproxima mucho en sus características a un “ amplificador ideal” . Las propiedades asociadas con el amplificador ideal son: Ganancia infinita de voltaje (Av → ∞) Impedancia de entrada infinita (Zin → ∞) Impedanciade salida cero ( Zout → 0) v0 = 0 cuando va = vb Ancho de banda infinito ( no hay atraso de la señal a través del amplificador) En la práctica, ninguna de estas propiedades puede lograrse, pero ellas son bastante aproximadas. En la Figura 1 se muestra la representación de un AO indicando los terminales externos que normalmente presenta.
e n tra d a in ve rso ra
+v
+ -v
co m p e n sa ció nsa lid a
e n tra d a n o in ve rso ra
Figura 1 - Terminales de un amplificador operacional En esta figura +V y −V son las marcas de los terminales para la fuente de potencia. Los terminales de compensación de frecuencia se usan para prevenir oscilaciones del circuito del AO. El nombre de entrada inversora surge porque si la entrada no inversora se pone a tierra y si se aplica una señal a laentrada inversora, la salida estará desfasada 180o con respecto a la entrada.
1.
Seguidor de Voltaje
En la figura 2 se muestra un AO que con la salida realimentada directamente a la entrada inversora constituye lo que se denomina un seguidor de voltaje (la salida es igual a la entrada).
José Luis Rodríguez, Ph.D., Agosto del 2004
2
vi
+
vo
Figura 2 - Seguidor de VoltajeEsto se demuestra aplicando las leyes de Kirchhoff: vo = Av (vi − vo ) Se ve que µ ¶ 1 vi = vo 1 + Av vo ≈ vi (1)
(2)
Como Av → ∞, entonces
(3)
El único camino a tierra para el voltaje de entrada es a través de la alta resistencia de entrada del amplificador, de modo que el seguidor de voltaje hace una buena etapa de aislamiento entre la fuente de voltaje y la carga. Una de lasaplicaciones de esta configuración es para aislar la carga de los potenciometros usados como divisores de voltaje, ya que esto permite que se comportan linealmente.
2.
Comparador de Voltaje
En la figura 3 se muestra un AO con señales de voltaje aplicadas en las entradas inversora y no inversora, en una configuración de lazo abierto.
+v
va
+
vo
-v Figura 3 - Comparador de Voltaje
En estecaso, el AO se satura debido a la alta ganancia Av y la salida vo será ½ +v si vb > va vo = −v si vb < va Una aplicación de esta configuración es el diseño de controladores de dos posiciones.
vb
(4)
José Luis Rodríguez, Ph.D., Agosto del 2004
3
3.
Amplificador no inversor
En la figura 3 se muestra
R1
i1 va
Rf
+
i2
vo
vi
Figura 4 - Amplificador no inversor Laconfiguración no inversora en la cual la ganancia de voltaje de circuito puede fijarse dentro de ciertos límites con los resistores R1 y Rf . Aplicando las propiedades de los AO: vo = Av (vi − va ) (5)
Por la alta impedancia de entrada del AO puede decirse que va ≈ vi y que no fluye corriente hacia el AO; por lo tanto, aplicando las leyes de Kirchhoff: i1 = i2 va − 0 vo − va = R1 Rf Rf va + va R1 ¶ µ Rf+ R1 vo = vi R1 vo = (6)
(7) (8) (9)
4.
Amplificador Inversor
Conectado v in a la entrada inversora se obtiene un AO inversor como se muestra en la figura 4.
vi R1
i1 va vb
Rf
+
i2
vo
Figura 5 - Amplificador inversor Aplicando las propiedades de los AO: vo = Av (vb − va ) (10)
José Luis Rodríguez, Ph.D., Agosto del 2004
4
Por la alta impedancia de entrada del AOpuede decirse que va ≈ vb = 0 y que no fluye corriente hacia el AO; por lo tanto, aplicando las leyes de Kirchhoff: i1 = i2 va − vi vo − va = R1 Rf vo = − Rf vi R1 (11) (12) (13)
5.
Amplificador con Entrada Diferencial
Para considerar este montaje considérese la figura 5.
R 12
i 12 va vb
v2
R 22
+
i2 2
vo
i1 1
i2 1
v1 R 11 R 21
Figura 6 - Amplificador con entrada...
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Amplificadores Operacionales
Un Amplificador Operacional (AO) es un amplificador modular de multietapas con una entrada diferencial que se aproxima mucho en sus características a un “ amplificador ideal” . Las propiedades asociadas con el amplificador ideal son: Ganancia infinita de voltaje (Av → ∞) Impedancia de entrada infinita (Zin → ∞) Impedanciade salida cero ( Zout → 0) v0 = 0 cuando va = vb Ancho de banda infinito ( no hay atraso de la señal a través del amplificador) En la práctica, ninguna de estas propiedades puede lograrse, pero ellas son bastante aproximadas. En la Figura 1 se muestra la representación de un AO indicando los terminales externos que normalmente presenta.
e n tra d a in ve rso ra
+v
+ -v
co m p e n sa ció nsa lid a
e n tra d a n o in ve rso ra
Figura 1 - Terminales de un amplificador operacional En esta figura +V y −V son las marcas de los terminales para la fuente de potencia. Los terminales de compensación de frecuencia se usan para prevenir oscilaciones del circuito del AO. El nombre de entrada inversora surge porque si la entrada no inversora se pone a tierra y si se aplica una señal a laentrada inversora, la salida estará desfasada 180o con respecto a la entrada.
1.
Seguidor de Voltaje
En la figura 2 se muestra un AO que con la salida realimentada directamente a la entrada inversora constituye lo que se denomina un seguidor de voltaje (la salida es igual a la entrada).
José Luis Rodríguez, Ph.D., Agosto del 2004
2
vi
+
vo
Figura 2 - Seguidor de VoltajeEsto se demuestra aplicando las leyes de Kirchhoff: vo = Av (vi − vo ) Se ve que µ ¶ 1 vi = vo 1 + Av vo ≈ vi (1)
(2)
Como Av → ∞, entonces
(3)
El único camino a tierra para el voltaje de entrada es a través de la alta resistencia de entrada del amplificador, de modo que el seguidor de voltaje hace una buena etapa de aislamiento entre la fuente de voltaje y la carga. Una de lasaplicaciones de esta configuración es para aislar la carga de los potenciometros usados como divisores de voltaje, ya que esto permite que se comportan linealmente.
2.
Comparador de Voltaje
En la figura 3 se muestra un AO con señales de voltaje aplicadas en las entradas inversora y no inversora, en una configuración de lazo abierto.
+v
va
+
vo
-v Figura 3 - Comparador de Voltaje
En estecaso, el AO se satura debido a la alta ganancia Av y la salida vo será ½ +v si vb > va vo = −v si vb < va Una aplicación de esta configuración es el diseño de controladores de dos posiciones.
vb
(4)
José Luis Rodríguez, Ph.D., Agosto del 2004
3
3.
Amplificador no inversor
En la figura 3 se muestra
R1
i1 va
Rf
+
i2
vo
vi
Figura 4 - Amplificador no inversor Laconfiguración no inversora en la cual la ganancia de voltaje de circuito puede fijarse dentro de ciertos límites con los resistores R1 y Rf . Aplicando las propiedades de los AO: vo = Av (vi − va ) (5)
Por la alta impedancia de entrada del AO puede decirse que va ≈ vi y que no fluye corriente hacia el AO; por lo tanto, aplicando las leyes de Kirchhoff: i1 = i2 va − 0 vo − va = R1 Rf Rf va + va R1 ¶ µ Rf+ R1 vo = vi R1 vo = (6)
(7) (8) (9)
4.
Amplificador Inversor
Conectado v in a la entrada inversora se obtiene un AO inversor como se muestra en la figura 4.
vi R1
i1 va vb
Rf
+
i2
vo
Figura 5 - Amplificador inversor Aplicando las propiedades de los AO: vo = Av (vb − va ) (10)
José Luis Rodríguez, Ph.D., Agosto del 2004
4
Por la alta impedancia de entrada del AOpuede decirse que va ≈ vb = 0 y que no fluye corriente hacia el AO; por lo tanto, aplicando las leyes de Kirchhoff: i1 = i2 va − vi vo − va = R1 Rf vo = − Rf vi R1 (11) (12) (13)
5.
Amplificador con Entrada Diferencial
Para considerar este montaje considérese la figura 5.
R 12
i 12 va vb
v2
R 22
+
i2 2
vo
i1 1
i2 1
v1 R 11 R 21
Figura 6 - Amplificador con entrada...
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