Amplificadores Operacionales

Amplificadores Operacionales
Introducción a los amplificadores operacionales:
Indice
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Introducción
Aplicaciones lineales básicas
Adaptador de niveles
Amplificadores de instrumentación
Conversión I-V y V-I
Derivador e integrador
Resumen

Introducción
• Circuito integrado de bajo coste
• Multitud de aplicaciones
• Mínimo número de componentes discretos necesarios:
» Resistencias
»condensadores.
• Aplicaciones:
Cálculo analógico
Convertidores V-I e I-V
Amplificadores Instrumentación
Filtros Activos
Amplificador
Operacional
AO

Conceptos básicos de AO
Amplificador de continua
Amplificador diferencial

+Vcc

Vcc

Tensión de salida V0 acotada

-Vcc≤Vo≤+Vcc

V1

Vd

+

-Vcc

Vo

V2
Vcc

Conceptos básicos de AO (I)
Encapsulado:

Inserción

SMD

Conceptos básicos de AO (II)Circuito equivalente real
V1

Rd – Impedancia de
entrada
diferencial

-

0,5·Rd

Ac·Vc

Vd

+
-

0,5·Rd

V2

Rcx

+

+
-

Ro

Ad·Vd

Vo

Rcx – Impedancia de
entrada de modo común
Ro –

Impedancia de salida

Ad –

Ganancia diferencial

Ac – Ganancia de modo
común
Vo=Ad·Vd+Ac·Vc
Vd=V2-V1 y
Vc=(V1+V2)/2

Conceptos básicos de AO (III)
Circuito equivalente ideal

+Vcc

V1

Rd – Infinita
Rcx – Infinita

-Ro – Nula
Vo

Vd
+
-

V2

+
-Vcc

Ad·Vd

Ad – Infinita
Ac – nula
Vo=Ad·Vd;
Vd=V2-V1
Tensión de salida V0 acotada

-Vcc≤Vo≤+Vcc

Conceptos básicos de AO (IV)
Con Ad finita

Realimentación negativa
R1

i

i

Vi+Vd=i·R1

R2

Vi-Vo=i·(R1+R2)
-

Vi
Vd
V1

+

V2

Vo=Ad·Vd
Vo

Vo
R2


Vi
R1 1 

1
1
R1
Ad 
R1  R 2

Conceptos básicos del AO (V)
Con Ad finita
R1

R2

Vo
R2


Vi
R1 1 

-

Vi
VdV1

+

V2

Vo

1
1
R1
Ad 
R1  R 2

Con Ad infinita
Vo
R2

Vi
R1

Amplificador de ganancia negativa

Conceptos básicos de AO (VI)
Realimentación negativa
R1




R2
1

Vd Vi
1 
1
R1  R 2
1


R1

A

d

R1  R 2


R2
-

Vi
Vd

+
V1

Con Ad finita

Vo

Con Ad infinita

V2

Tensión diferencial nula Vd=0; V1=V2

Vd 0











Conceptos básicos de AO (VII)
La tensióndiferencial nula Vd=0 (V1=V2) y su modo de
funcionamiento es lineal si:
-Existe un camino de circulación de corriente entre
la salida y la entrada inversora
- El valor de la tensión de salida , Vo, no sobrepasa
los limites de la tensión de alimentación, ±Vcc

En caso contrario:
-Vd≠0 y por tanto su modo de funcionamiento es no
lineal

Conceptos básicos de AO (VIII)
Realimentación negativa
R1

R2

ConAd finita

Vo  R 2 
1   
Vi  R 1  1 

Vd
V1

Vi V2

+

Vo

1
1
R
Ad  1
R1  R 2

Con Ad infinita

Vo
R2
1 
Vi
R1

Amplificador de ganancia positiva ≥ 1

Conceptos básicos de AO (IX)
Punto de partida: circuito lineal, Vd=0
i
i
R
1
0
Vi

Vd

+

R2

R1 i V
i

-

-

Vo

+

Vi
i
R1

V0  i R 2

Vd
Vi

i

-

R2

+

-

Vo

+
V0 Vi  i R 2

V
R
V0  i R 2  Vi  2
R1
R1

 R 
R
V0Vi  Vi  2 Vi 1  2 
R1
 R1 

Vo
R2

Vi
R1

Vo
R2
1 
Vi
R1

Aplicaciones lineales básicas del AO
¿Que podemos hacer con un AO?
Multiplicar por Vi·(-1):
inversor
- Multiplicar por Vi·(-k) o Vi·(1+k)
- Multiplicar por Vi·(1)

Cambiador signo o
Cambiador de escala
Seguidor de emisor

- Cambiar el desfase entre la
entrada y salida

Cambiador de fase

- Sumar de tensiones±(k1·v1+k2*V2+...kn·Vn)

Sumador

- Resta de dos tensiones
(k1·V1-k2*V2)

A. Diferencial o Restador

Aplicaciones lineales básicas del AO
-Capacidad de realizar operaciones matemáticas, de ahí su
nombre (Amplificador operacional)
Vi Z1

Z1

Z2
-

Vo

+

Vo
Z2
A vi  
Vi
Z1

Amplificador
Inversor

Z2
Vi

A vni

Vo

+

Vo
Z2

1 
Vi
Z1
Amplificador no
Inversor

Cambiador de signo o inversor
Vi Z1

Z2
+

VoZ2
A vi  
Vi
Z1

-Si en el circuito de la figura
Z1=Z2 entonces:
Vo

Avi=-1 es decir V0=-Vi
Circuito
inversor,
la
tensión de salida está
desfasada 180º respecto a
la de entrada

Cambiador de escala
-Si en el circuito de la figura Z2=k·Z1
Vi Z1

Z2
+

Negativo

Vo

Vo
Z2
A vi  
Vi
Z1

Avi=-k es decir V0=k·Vi

Cambiador de escala
-Si en el circuito de la figura Z2=k·Z1
Z1

Z2
Vi

Positivo...