Apuntes

APUNTES

ELECTRONICA 3

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UNIDAD 1
INTRODUCCIÓN AL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

1.1 El amplificador diferencial.
Hasta ahora hemos trabajado con
dispositivos discretos como el BJT, JFET y
MOSFET como única herramienta para manejar
señales analógicas. Estos tres dispositivos
requieren de redes de polarización para poder
utilizarlos en forma lineal (no sólo corte y
saturación).
Durante todoeste curso estudiaremos los
amplificadores operacionales (amp. op.), los
cuales, prácticamente requieren sólo voltajes de
alimentación para operar linealmente en una
forma muy versátil y con unos cuantos cálculos
muy sencillos.
El símbolo de un amp. op. es un bloque
triangular con dos entradas y una salida,
pudiéndose encontrar, en general, en cualquiera
de las tres formas siguientes:

Figura 1.2.-Amp. diferencial.

De la figura 1.2 tenemos que Q1 y Q2 deben ser
iguales en cuanto a:
- hfe.
- Curvas de transconductancia.
- Corrimiento térmico.
- Temperatura de operación.
- Operar en región lineal.

Figura 1.1.- Tres diferentes símbolos para el amplificador
operacional.

En estas tres simbologías, que pueden
adoptarse indistintamente, observamos dos
entradas: ent. inv. y ent. no inv., lascuales son
entrada inversora y entrada no inversora,
respectivamente. Observamos también una sola
salida y dos terminales de alimentación (+V y -V),
las cuales son opcionales en los tres símbolos.
Ya que el amp. op. está representado por
un bloque, veamos su estructura interna, que está
formada básicamente por cuatro etapas:
1.- Uno o más amplificadores diferenciales.
2.- Una o más fuentes decorriente.
3.- Un circuito de desplazamiento de nivel.
4.- Una etapa de salida.
A continuación analizaremos una por una estas
cuatro etapas para después analizarlas en
conjunto.

ANÁLISIS EN CD (QUIESCENTE):
La
IE
para
cada
transistor
determinamos mediante:

V EE − V BE − I B1 R B1 − R E (I E1 + I E 2 ) = 0
como

I E1 = I E 2 = I E

y además

I B1 = I B2 = I B , entonces:

VEE − VBE −

IE
RB − 2I ER E =0
β

⎛R
⎞
V EE −V BE − I E ⎜⎜ B + 2 R E ⎟⎟ = 0
⎝ β
⎠
como I T = 2 I E :

IT =

VEE − VBE
RB
+ RE
2β

(1-1)

la

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Ejemplo: Determinar IT, IE1, IE2, IC1, IC2, IB1,
IB2, VCE1, VCE2, VC1, VC2, VCB1 y VCB2 en el
siguiente circuito:

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10 − 0.7
= 3mA
3.1K
= I C 2 = 1.5mA

IT =
I C1

VCE1 = 20 − I T RT = 10. 7V
VCE 2 = 20 − I T RT − I C RC = 6. 2V
1.2 Fuentes de corrienteFigura 1.3.- Ejemplo básico de
amplificador diferencial.

IT =

VEE − VBE
= 3.22mA
RB
+ RE
2β

IE1 = IE2 = IT/2 = 1.61 mA

Las corrientes de emisor de Q1 y Q2
juegan un papel muy importante en las
condiciones de operación del amplificador
diferencial, por lo que es indispensable tener una
fuente muy estable para producir IT. Por otra
parte, en todo amplificador es deseable tener una
muy altaresistencia de entrada, pero a RE no se
le puede dar un valor muy alto porque se
disminuiría la corriente de polarización ICQ,
pudiendo sacar a los transistores de su punto de
operación. La solución para ambos fines es
utilizar una fuente de corriente constante en vez
de RE:

IC1= IC2 = IE1
IB1 = IB2 = IC/ β = 16 µA
VCE1= VCE2
= VEE + VCC - IC RC - ITRE
= 8.27V
VC1 = VC2 = VCC - IC RC
= 7.54V
VCB1 =VCB2 = VCC - IC RC- IB RB
= 7.52V
Los valores de RC no son críticos para
las corrientes de polarización, ya que si un
transistor opera en la región lineal, la IC es
independiente de RC (carga en el colector) y de la
fuente de alimentación, pero los voltajes sí se
verán afectados, por ejemplo, en el circuito:

Figura 1.5.- Amp. diferencial con fuente de corriente
para aumentar la resistencia deentrada.

Idealmente, la impedancia de una fuente
de corriente es infinita, por lo que tendremos que
la impedancia de entrada del amplificador
diferencial será idealmente infinita.

1.2.1 Concepto de fuente de corriente.
Todos conocemos una fuente de voltaje,
que al variar la carga, aumenta o disminuye su
corriente de salida para mantener el voltaje de
salida.

Figura 1.4.- Amp. diferencial...