Diseño 1

Diseño 1

“Amplificador operacional como comparador y características principales.”





 
Introducción.
Se analizara el amplificador operacional como comparador en donde se verá el comportamiento de la tensión de salida al variar las tensiones en las entradas inversora y no inversora. Por otro lado se describirán las características de un amplificador operacional, donde se podrándeducir algunas ecuaciones que rigen a cada una. Dentro de estas características se encuentran la tensión offset, corrientes en la entrada inversora y no inversora, corriente de polarización, corriente offset de entrada, resistencia de entrada y por último la rapidez de respuesta SR.
 
Comparador.
El amplificador operacional posee en su entrada un amplificador diferencial. Si el potencial de laentrada inversora es mayor, la tensión de salida será negativa, ahora si el potencial de la entrada no inversora es mayor, la tensión de salida será positiva. La magnitud de la tensión de salida depende de la ganancia y de la diferencia entre las tensiones de entrada. Debido a la alta ganancia de bucle abierto, la salida se satura completamente aun cuando las diferencias son pequeñas.

Figura 1:comparador.
Por experimentos realizados los dos valores típicos para las tensiones máximas de salidas de un amplificador operacional son de +14V y -13V.
Una de las características no deseadas del amplificador operacional son las tensiones offset. Que son los resultados de las disimetrías entre los componentes internos (estructura, diseño). La tensión offset llega a la salida con la gananciade lazo abierto. Si bien la tensión diferencial en las entradas es igual a cero, la tensión de salida no es en consecuencia igual a cero, si no que toma un valor positivo o negativo dependiendo de los componentes. El mayor efecto de distorsión de la tensión offset se da cuando se amplifican tensiones continuas pequeñas.

Existe la supresión del modo que en el caso de los amplificadoresdiferenciales, solo importa la diferencia entre las dos señales de entrada. Las componentes que son iguales en ambas señales (modo común) se cancelan en resta, y de este modo, son suprimidas por el amplificador diferencial. Si se aplica la misma señal a ambas entradas, la tensión diferencial equivaldrá a cero. Debido a la tensión offset mencionada anteriormente, la tensión de salidas es entoncespositiva o negativa.
El efecto de la supresión del modo común se utiliza por ejemplo para el filtrado de componentes iguales de señales.
Los comparadores pueden ser utilizados en diversas aplicaciones como por ejemplo para comprar una señal con un valor de consigna. Si la señal se desvía del valor consigna, la tensión de salida será positiva o negativa, dependiendo de los elementos externos delcircuito y de la desviación. La tensión de salida varía aun con las más leves desviaciones. En el esquema se muestra el caso ideal, sin tener en cuenta el offset.


Figura 2: aplicaciones comparador.
 
Características del amplificador operacional.
Tensión offset y compensación del offset.
Es la tensión diferencial de entrada para la cual la tención de salida es 0V. La tensión offset esdeterminada por la ganancia operativa. Suponiendo que las corrientes de polarización son iguales (I_p=I_n) o que R_n y R_p1 son pequeñas se cumplen las siguientes relaciones:
U_OS≅-U_Out/(1+R_f1/R_n ) U_OS≅-R_n/R_f1 ∙U_Out

Figura 3: relación tensión offset.
I≫I_n I_p∙R_p1=I_n∙R_n I=U_OS/R_n U_OS+I∙R_f1+U_Out=0
Corriente de entrada positiva.
Es la corriente que circula por la entrada noinversora. No puede ser medida directamente, ya que se encuentra en el orden de magnitud de ηA. Hay una caída de tensión en R_p2 debido a la corriente de entrada. La ganancia es 1 ya que no hay resistencias en la realimentación. Tenemos U_Out=-U_Rp2. La corriente de entrada positiva es por lo tanto:
I_p=-U_Out/R_p2

Figura 4: corriente entrada no inversora.
Corriente de entrada...