Coito

Capítol 3: L’Amplificador Operacional

1.L’opam ideal i l’opam real

Opam (operational amplifier): L’amplificador operacional, Op-Amp, Opamp, Opam, opam o AMP OP (depenent de la font bibliogràfica) és un circuit electrònic amb dos entrades (V+, V-) , una sortida (Vout) i dos terminals d’alimentació (VS+, VS-).

Un opam és un amplificador amb un guany molt alt (H(s) molt alt i constant perun bon marge de freqüències) i una resistència de sortida molt baixa (per tant que dependrà poc de que li connectem després).
Figura 1: Símbol del OpAmp










Figura 2: Circuit equivalent intern

Opam ideal: Habitualment és el model que considerarem habitualment tot i que és una idealització. Té les següents característiques :


En l’amplificador real aquestescaracterístiques poden variar, els valors típics solen trobar-se entre:


CMRR: Quan treballem en configuracions de mode diferencials aquest paràmetre és molt important. El Common-Mode Rejection Ratio ens relaciona el guany de mode diferencial i el guany en mode comú. L’expressió per calcular-lo és:

En un Op-Amp ideal .

PSRR: El Power Suply Rejection Ratio (normalment expressada en dB) és la relacióentre la variació de l’alimentació del opam i l’efecte que te en la sortida del opam. Matemàticament es calcula com:

També és habitual expressar la magnitud en . La importància d’aquesta mesura és important en aplicacions en les que ens interessa reduir al màxim possible el soroll de la senyal amplificada. En aquests casos pot ser útil introduir una via de baixa impedància a terra (usantcondensadors) per tal de reduir les oscil·lacions en la senyal d’alimentació.

GBW: És el resultat de multiplicar el ample de banda d’un opam per el guany en aquest ample. Això surt d’aplicar conservació de l’energia. Si tenim un Amplificador alimentat amb una certa potencia la senyal de sortida mai pot tindre més potencia que la suma de la senyal d’entrada mes la de l’alimentació:

On A és el guanyi S la densitat espectral de freqüència. De fet sempre serà menor ja que hi ha pèrdues. Donada una senyal de densitat espectral constant ( fins a una freqüència la potencia be definida com:


Aleshores tenint en compte les expressions anteriors:

Que ens diu que l’ample de banda multiplicat per el guany ve limitat per una constant. Per a guanys molt majors que la unitat tenim (és ladefinició que se sol usar):

2.Configuracions en mode comú de l’opam

Figura 3: Dos configuracions Lineals del opam

Començarem amb l’anàlisi real de la configuració inversora:

2.1.Configuració inversora:
Recordem que el circuit opam es de la forma:





Figura 4: Model equivalent del opam per a configuracions lineals.
Per tant al connectar les impedàncies Zf i Z1 la configuracióquedarà com:








Figura 5: configuració inversora

Primerament fem un Thévenin de la part marcada, i El circuit quedarà així:





A continuació solucionem el problema amb les lleis de Kirchhoff:



=>
=>




Si Apliquem condicions de idealitat:



Com podem veure els càlculs de Guany per una configuració amb un opam real no són trivials.
Per això normalmentquan treballem amb una configuració estudiem el seu comportament ideal. Com fem per simplificar càlculs?

Premisses de idealitat: Condicions que aplicarem sempre que estiguem estudiant un muntatge amb opam i es comportin com circuits lineals.

-El guany és tant gran que pot ser considerat infinit.
-La resistència d’entrada és tant gran que pot ser considerada infinit.
-Com a conseqüènciade la premissa 2 la intensitat que circula per la resistència d’entrada es considera nul·la
-La diferencia de tensió entre la entrada inversora i no inversora és nul·la (no sembla que sigui cert però aquesta premissa és la mes útil).

Anem a resoldre ara el circuit inversor sota aquestes premisses:


La intensitat q circula per Z1 haurà de ser la mateixa que per Zf per tant:

; =>...