Amplificadores Operacionales

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1 Amplificadores Amplificadores Operacionales Operacionales OP OP- AMP AMP Prof. Caroline Prof. Caroline Gonz Gonzá lez lez ELEN 3311 ELEN 3311 OP AMP OP AMP Un Un amplificador amplificador operacional operacional es es un un amplificador amplificador de de alta alta ganancia ganancia y un y un circuito circuito integrado integrado capaz capaz de de realizar realizar un un gran gran número mero de de amplificaciones amplificaciones lineales lineales y no y no lineales lineales y y funciones funciones de de procesamiento procesamiento de de se señal al. Es un Es un amplificador amplificador de de acople acople directo directo (direct (direct- coupled) coupled) Fue Fue desarrollado desarrollado en en los los 1950 1950’ s s para para usarse usarse en en computadoras computadoras para para realizar realizar operaciones operaciones matem matemáticas ticas. Contiene Contiene transistores transistores, , capacitores capacitores, , resistores resistores. .

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AmplificadoresAmplificadores

OperacionalesOperacionales

OPOP--AMPAMP

Prof. Caroline Prof. Caroline GonzGonzáálezlez

ELEN 3311ELEN 3311

OP AMPOP AMP

Un Un amplificadoramplificador operacionaloperacional eses un un amplificadoramplificador de de altaalta gananciaganancia y un y un circuitocircuito integradointegrado capazcapaz de de realizarrealizar un un grangran nnúúmeromero de de amplificacionesamplificacioneslinealeslineales y no y no linealeslineales y y funcionesfunciones de de procesamientoprocesamiento de de seseññalal..

Es un Es un amplificadoramplificador de de acopleacople directodirecto (direct(direct--coupled)coupled)

FueFue desarrolladodesarrollado en en loslos 19501950’’s s parapara usarseusarse en en computadorascomputadoras parapara realizarrealizar operacionesoperacionesmatemmatemááticasticas..

ContieneContiene transistorestransistores, , capacitorescapacitores, , resistoresresistores. .

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EsquemEsquemááticotico de un OPde un OP--AMPAMP

SSíímbolombolo de un OPde un OP--AMPAMP

• v+ = entrada no-invertidora• v- = entrada invertidora• vd = voltaje diferencial = v+ - v-

• vout = salida• ±V = ±Vcc = suplidores de

potencia (“bias”)

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CaracterCaracteríísticastica de de entradaentrada y y salidasalida

±± VVcccc estableceestablece loslos voltajesvoltajes mmááximoximo y y mmíínimonimo en la en la salidasalida((±±VVsatsat).).

Vd

Región de Saturación

Vout

Vcc

-Vcc

Región Lineal

Región de Saturación

AplicacionesAplicaciones

AmplificadorAmplificador SumadorSumador AmplificadorAmplificador RestadorRestador AmplificadorAmplificador MultiplicadorMultiplicador DivisorDivisor IntegradorIntegrador DiferenciadorDiferenciador ((DerivadorDerivador)) BuscarBuscar PromedioPromedio ComparadoresComparadores ConvertidorConvertidor de de VoltajeVoltaje a a

CorrienteCorriente y de y de CorrienteCorriente a a VoltajeVoltaje

OsciladorOscilador GeneradoresGeneradores de de SeSeññalesales FiltrosFiltros ActivosActivos RectificadorRectificador AmplificadorAmplificador de de

InstrumentaciInstrumentacióónn ConvertidoresConvertidores A/D y D/AA/D y D/A PhasePhase--locked looplocked loop ControladoresControladores ConvertidoresConvertidores de AC a DCde AC a DC

OtrosOtros: La : La limitacilimitacióónn de un opde un op--amp amp eses nuestranuestraimaginaciimaginacióónn……

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DiseDiseññoo de un de un circuitocircuito

acondicionadoracondicionador de de seseññalesales

LM335(sensor)

CASMicro-

controlador

0°C

50°C

Vo

0 V

5 V

2.73 V

VT

3.23 V

LM 335

10kohm

10kohm

15 V

VT1

2

3741

+

-

10kohm

VT

-

+

10kohm

54.9kohm

15 V

1

2

3741

100kohm

10kohm Vo

+

-

DiseDiseññoo de un detector de de un detector de humohumo

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DiseDiseñño de un convertidor de o de un convertidor de

ananáálogo a digital (A/D)logo a digital (A/D)

ModeloModelo Ideal vs. Ideal vs. PrPráácticoctico

ValoresValores ttíípicospicos parapara dos OPdos OP--AMPsAMPs

2 x 102 x 10552 x 102 x 1055AAvv

50 50 ΩΩ50 50 ΩΩRRoo

1 T1 TΩΩ2 M2 MΩΩRRinin

411411741741ParParáámetrometro

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ModeloModelo IdealIdeal

vvdd = 0 (v= 0 (v++ = v= v--))3) A3) AOLOL = = ∞∞

VoltajeVoltaje de de salidasalida esesindependienteindependiente de la de la

cargacarga RRLL

2) R2) Routout = 0= 0

ii+ + = i= i-- =0=01) 1) RRinin = = ∞∞

ImplicaciImplicacióónnAsunciAsuncióónn

RetroalimentaciRetroalimentacióónn (Feedback) (Feedback)

NegativaNegativa RetroalimentaciRetroalimentacióónn negativanegativa eses el el procesoproceso

dondedonde unauna porciporcióónn del del voltajevoltaje de de salidasalida de de un un amplificadoramplificador eses regresadoregresado a la a la entradaentradacon un con un áángulongulo de de fasefase queque se se oponeopone (o (o quequese se restaresta) a la ) a la seseññalal de de entradaentrada. La . La gananciaganancia (A(ACLCL) se reduce.) se reduce.

Sin Sin retroalimentaciretroalimentacióónn negativanegativa la la salidasalidaestarestaráá en la en la regiregióónn de de saturacisaturacióónn..

ejemploejemplo: : sisi vvinin = 1 mV= 1 mVvvoutout = (1 mV)(2 x 10= (1 mV)(2 x 1055) = 200 V) = 200 V

La La salidasalida siempresiempre serseráá ±±VVcccc..

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WebWeb--SitesSites de Interde Interééss

http://http://ing.bc.inter.eduing.bc.inter.edu//cgonzalezrcgonzalezr//index.htmlindex.html (clase ELEC (clase ELEC 4080, OP4080, OP--AMP, notas de la clase) AMP, notas de la clase) –– incluye informaciincluye informacióón de n de las configuraciones blas configuraciones báásicas, filtros, osciladores, sicas, filtros, osciladores, comparadores, limitaciones de un opcomparadores, limitaciones de un op--amp en dc y ac, etc.amp en dc y ac, etc.

httphttp://://ing.bc.inter.eduing.bc.inter.edu//cgonzalezrcgonzalezr//index.htmlindex.html (clase ELEN (clase ELEN 3311, Electr3311, Electróónica I) nica I) –– hoja de data del ophoja de data del op--amp LM741.amp LM741.

http://www.bcae1.com/http://www.bcae1.com/ -- incluye informaciincluye informacióón de n de aplicaciones de un opaplicaciones de un op--amp, ecuaciones y una forma amp, ecuaciones y una forma interactiva de analizar circuitos que contienen interactiva de analizar circuitos que contienen opop--ampamp..

http://users.pandora.be/educypedia/electronics/analogopahttp://users.pandora.be/educypedia/electronics/analogopamp.htmmp.htm -- enciclopedia de los amplificadores operacionales.enciclopedia de los amplificadores operacionales.

http://webpages.ursinus.edu/lriley/ref/circuits/node5.htmlhttp://webpages.ursinus.edu/lriley/ref/circuits/node5.html–– incluye configuraciones bincluye configuraciones báásicas, ejemplos y sicas, ejemplos y demostraciones. demostraciones.

http://www.national.comhttp://www.national.com –– contiene hojas de data de contiene hojas de data de amplificadores operacionales.amplificadores operacionales.

ConfiguracionesConfiguraciones BBáásicassicas

AmplificadorAmplificador InvertidorInvertidor

AmplificadorAmplificador NoNo--InvertidorInvertidor

SeguidorSeguidor de de VoltajeVoltaje (Buffer)(Buffer)

SumadorSumador

RestadorRestador

DerivadorDerivador

IntegradorIntegrador

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Amplificador Amplificador InvertidorInvertidor AmplificadorAmplificador NoNo--InvertidorInvertidor

• Ejemplo de Multisim

Seguidor de Voltaje (Buffer)Seguidor de Voltaje (Buffer)

Caso especial del Caso especial del amplificador no amplificador no invertidorinvertidor..

Los voltajes de entrada Los voltajes de entrada y salida son iguales.y salida son iguales.

Convierte una fuente de Convierte una fuente de voltaje prvoltaje prááctica a una ctica a una fuente ideal.fuente ideal.

No extrae corriente de No extrae corriente de un circuito (Run circuito (Rin in = = ∞∞), ), porporlo lo tantotanto eses ideal ideal paraparamonitorearmonitorear circuitoscircuitos((““clandestine bugclandestine bug””).).

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SumadorSumador RestadorRestador

Balanceado:R1=R3, R2=R4

DerivadorDerivador IntegradorIntegrador

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ComparadoresComparadores

OperanOperan en la en la regiregióónn nono--lineal.lineal.

ProducenProducen salidassalidas discretasdiscretas..

AplicacionesAplicaciones::

•• CompararComparar dos dos nivelesniveles de de voltajevoltaje

•• ConvertirConvertir de de ananáálogologo a digitala digital

PuedenPueden o no o no usarusar retroalimentaciretroalimentacióónn..

Su Su salidasalida eses ±± VVcccc..

PasosPasos parapara analizaranalizar loslos

comparadorescomparadores

1.1. DeterminarDeterminar vv++..

2.2. DeterminarDeterminar vv--..

3.3. DeterminarDeterminar vvdd ((vvdd = v= v++ -- vv--).).

4.4. SiSi vvdd eses +, +, vvoutout = += +VVsatsat

SiSi vvdd eses --, , vvoutout = = --VVsatsat

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TiposTipos de de comparadorescomparadores

ComparadorComparador nono--invertidorinvertidor

ComparadorComparador invertidorinvertidor

ComparadorComparador nono--invertidorinvertidor con bias con bias positivopositivo

ComparadorComparador invertidorinvertidor con bias con bias positivopositivo

ComparadorComparador nono--invertidorinvertidor con bias con bias negativonegativo

ComparadorComparador invertidorinvertidor con bias con bias negativonegativo

HW

ConvertidoresConvertidores

Voltaje a CorrienteVoltaje a Corriente

((HowlandHowland))

Corriente a VoltajeCorriente a Voltaje