Amplificador Operacional-respuesta en frecuencia

Trabajo Practico Nº3 "Amplificador Operacional respuesta en frecuencia "
Trabajo práctico N°3 
"Amplificador operacional respuesta en frecuencia "

Objetivo:
Determinar la respuesta en frecuencia para las configuraciones de un amplificador operacional inversor y no inversor.
Reconocer la gráfica de respuesta en frecuencia de A.O. en las hojas de datos del fabricante.
Calcular el ancho debanda BW con las mediciones efectuadas en la simulación con software aplicado.
Partiendo de la medición del tiempo de crecimiento de la señal (Tr rise time) y de la inclinación (Tilt) determinar el ancho de banda del circuito.
Predecir la ganancia en lazo abierto de un A.O. Para cualquier frecuencia conociendo el BW de ganancia unitaria.
Conocer la velocidad de respuesta Slew Rate.
Calcular elmáximo voltaje pico de salida para cualquier frecuencia si se conoce el SW.
 Software aplicado:
Multisim, Proteus.
Fundamento teórico
Ya se definió el amp. Ideal y se representaron en los trabajos anteriores varias aplicaciones de circuitos integrados que para su análisis se los considero ideales.
Como ya dijimos que para muchas aplicaciones no se trata de una mala suposición, pero en rigoruno debe estará familiarizado con las características de los amplificadores operacionales reales y prácticos y los efectos que presentan estos dispositivos en función de otros parámetros como la dependencia de la frecuencia de la ganancia a lazo abierto.

La ganancia diferencial de un amplificador operacional a lazo abierto no es infinita, por el contrario es finita y disminuye con la frecuenciatal como se puede visualizar en la figura 1

Si analizamos la curva de respuesta en frecuencia a pesar de que la ganancia es muy elevada a DC y bajas frecuencias, empieza a caer a partir de los 10Hz con una atenuación uniforme de ganancia de -20 dB/dec. Que es típica de los amplificadores operacionales compensados internamente. Se trata de unidades que tienen una red incluida dentro del mismochip de CI cuya función es hacer que la ganancia del amplificador tenga la respuesta de una sola constante de tiempo (STC) y pasa bajas.
 A este proceso de modificación de la ganancia lazo abierto se la denomina compensación en frecuencia, y su objetivo es asegurar que los circuitos con amplificadores operacioneles sean estables.
Por analógica del comportamiento de los amplificadoresoperacionales a la respuesta de los circuitos STC, estudiaríamos el comportamiento de estos circuitos en alta y baja frecuencia, a la repuesta de un escalón de tensión obteniendo importantes conclusiones que luego aplicaremos en el estudio de la respuesta en frecuencia de los amplificadores operacionales a lazo cerrado.

La etapa amplificadora en alta frecuencia puede aproximarse a un circuito STC pasabajos como se representa a continuación.

Hallando la transferencia de tensión  del circuito en el dominio de jw tenemos:


Llamando:


Hallando el modulo y la fase de esta función tenemos:


Representándolo en escala logarítmica en la fig. 2:

Si analizamos a continuación este circuito en régimen transitorio aplicando un escalón de tensión en la entrada, determinaremos el valor deltiempo de crecimiento (rise time) Tr definido como el tiempo que tarda la señal de salida en pasar del 10% al 90% del valor máximo (ver fig. 3).
La ecuación de esta respuesta esta dada por la siguiente expresión:

Donde:

Hallando el valor del tiempo para el 90% del valor de la señal de salida (0,9V)

Despejando t

Repitiendo el valor del tiempo para el 10% del valor de la señal de salida(0,1V)

Despejando t

Por lo tanto Tr


Finalmente relacionando el valor de la frecuencia de corte (-3dB) con el valor de Tr. Llegamos a la siguiente conclusión:

Por lo tanto para conocer el valor de frecuencia de corte a frecuencias altas de nuestro sistema podemos aplicar un escalón de tensión a la entrada del circuito y mediremos a la salida el tiempo de crecimiento Tr determinado:...