Amplificadores operacionales

Análisis y Síntesis de Circuitos

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

ASC

A1.2 El amplificador operacional de tensiones ideal
APENDICE 1
El amplificador operacional ideal tiene el símbolo de circuito que se muestra en la Fig. 1. La operación de un amplificador operacional se describe mediante: Vo ( s ) = A ( s ) [ V ( s ) – V ( s ) ] donde A(s) es la ganancia del amplificador operacional.
+ –AMPLIFICADORES OPERACIONALES

(A1.1)

A1.1 Introducción
Las redes RC pueden tener ceros complejos pero sus polos son reales y se sitúan en el eje real negativo. Por tanto, son necesarios órdenes muy altos para conseguir pendientes elevadas. Sin embargo, combinando un circuito RC con un elemento de ganancia se pueden obtener polos complejos con Q elevada. La disponibilidad del amplificadoroperacional (de tensiones) para este fin permitió el desarrollo del procesado analógico de señal. Más recientemente, otro elemento se está utilizando para implementaciones integradas de filtros activos: el amplificador operacional de transconductancia. Básicamente los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales de tensión con ganancia muy alta a bajas frecuencias. Normalmente,se utilizan en configuraciones realimentadas para controlar la ganancia y el ancho de banda y estabilizar las aplicaciones frente a las elevadas variabilidades de los parámetros del amplificador. Figura A1.1: (a) Opamp con sus terminales principales; (b) símbolo usual; (c) modelo de pequeña señal. A bajas frecuencias, la magnitud de la ganancia del amplificador operacional Ao=|A(jω)| es muy grande,típicamente Ao>100dB para amplificadores operacionales bipolares y Ao>80dB para amplificadores MOS. Lo anterior constituye una descripción lineal. No se establece restricción alguna sobre la tensión de salida, pero es evidente que ésta debe restringirse a un rango finito. Con esta precisión, el modelo no-lineal ideal del amplificador operacional se muestra en la Fig. 2. Ya que la tensión desalida está limitada a una tensión menor que las fuentes de polarización, se deduce que la tensión diferencial de entrada debe ser muy pequeña para tener operación lineal: Vo Vs − V i = V + – V = ----- ≤ ----A o Ao
© F.V. Fernández, Área de Electrónica, Dpto. de Electrónica y Electromagnetismo, ESI

Fig.4.2 Schauman

(A1.2)
A1-2

A1-1

Curso 2003/04 © Área de Electrónica, Dpto. de Electrónicay Electromagnetismo, ESI

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A1.2 El amplificador operacional de tensiones ideal

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

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c) La tensión de salida es un valor establecido Vo, una fuente ideal de tensión. Ejercicio A1.1.-Obtener el comportamiento del circuito de la Fig. 3.

Fig.4.4 Schauman

Fig.4.3 Schauman

Figura A1.3: Integrador RC-activo. Solución detallada Como la intensidad através del terminal inversor es nula aplicando análisis nodal puede escribirse la ecuación: v1 ( t ) – v ( t ) d – -------------------------------- = C [ v ( t ) – v 2 ( t ) ] R dt
–

Figura A1.2: Característica de transferencia típica de un opamp. Atendiendo al modelo anterior podemos distinguir dos regiones de funcionamiento: zona lineal y zona no-lineal. En la zona lineal la tensión de salidase mantiene en el rango – V s-, V s+ . Esto significa que: Vo V a = V + – V - = ----- « 1 A (A1.3)

(A1.4)

Como el terminal inversor es tierra virtual v−(t)=0 y despejando v2(t): 1 v 2 ( t ) = – ------- ∫ v 1 ( λ ) dλ RC
–∞ t

En zona no lineal la tensión de salida se sale del rango [ – V s-, V s+ ] . Esto significa que la tensión de entrada Va se independiza de la salida. En el tema quenos ocupa, el diseño de filtros, los amplificadores operacionales deben funcionar siempre en zona lineal. La operación del amplificador operacional en zona lineal se asocia al uso de realimentación. En zona lineal, el modelo ideal se reduce al modelo de tierra virtual: ganancia infinita en lazo abierto, Ao=∞, impedancia de entrada infinita, Ri=∞, e impedancia de salida nula, Ro=0. A efectos de...