AMPLIFICADOR INVERSOR. Un amplificador sencillo basado en AO

[pic 4]

                                  [pic 5]

[pic 6]

INTRODUCCIÓN

AMPLIFICADOR INVERSOR

Un amplificador sencillo basado en AO ideal se consigue aplicando una realimentación negativa. La figura 2.2 muestra su topología, en que vemos que la señal retorna de la salida hacia la entrada mediante la resistencia R2, y crea de este modo una realimentación, un lazo cerrado, de forma que en la entrada del AO disponemos de la señal de salida. También representamos la tensión de entrada en el circuito como Vi, la de salida como Vo y una resistencia en la entrada R1. La corriente I que circula ahí se representa con las flechas.

[pic 7]

Figura 2.1. Amplificador operacional inversor.

Este nombre proviene del propio funcionamiento del circuito: veremos que la salida tiene el signo opuesto a la entrada, y de ahí el término inversor.

En nuestro análisis nos interesará calcular la ganancia del circuito, la ganancia en lazo cerrado Ge. Se define como la relación salida-entrada del circuito:

[pic 8]

La acción del circuito realimentado se puede entender con el razonamiento siguiente, que describe el estado estable que provoca la realimentación negativa: asumimos que, por un momento, hay una tensión pequeña en la entrada diferencial del AO de la figura 2.1, es decir, que V – es ligeramente superior a V + (que está en masa). Esto haría que el AO tuviera tendencia a llevar la salida hacia valores negativos, y de hecho, como es un AO ideal con ganancia infinita, la salida sería directamente la saturación negativa de la figura 2.2. Esta tensión tan negativa, por medio de la realimentación, llevaría el valor de V – a bajar hacia cero otra vez.

[pic 9]

Figura 2.2 Característica entrada-salida de un OPAM

AMPLIFICADOR NO INVERSOR

En este caso, podemos obtener la ganancia y la resistencia de entrada haciendo el mismo tipo de razonamiento que en el subapartado anterior.

[pic 10]

Figura 2.3. Amplificador no inversor.

Por un lado, de manera rápida ya podemos observar que la resistencia de entrada Ri tiende a infinito:

[pic 11]

puesto que en los terminales de entrada del AO ideal la corriente es nula. Observad, pues, que en este caso el circuito presenta una resistencia de entrada igual que la del dispositivo AO que lo conforma, como podíamos esperar al ver la figura 2.3. Recordad que es muy ventajoso que un circuito presente una resistencia de entrada que tienda a infinito, para no provocar efectos de carga (por divisor de tensión) en el circuito precedente.

Y, por lo tanto, la ganancia (que se define como el cociente entre tensiones de salida y entrada), la podemos obtener de la siguiente ecuación:

[pic 12]

Disponemos, pues, de dos tipos de amplificadores (inversor y no inversor) con una ganancia finita y controlable por resistencias. Los dos hacen trabajar el AO en zona lineal mediante la realimentación negativa (en la entrada inversora)

OBJETIVO

Analizar una señal en un amplificador inversor como en un no inversor para visualizar el desfasamiento de la señal, así como su amplificación.

MATERIAL

• Fuente de alimentación: fuente de voltaje de cd.
• Equipo: Osciloscopio digital de 2 canales, generador de funciones.
• Resistores: 10 kΩ, 5kΩ, 3.3 kΩ, 2.5kΩ, 20kΩ y 30kΩ.
• Circuito integrado: 741C.
• Otros: Protoboard y alambre para conexiones.

DESARROLLO

Principalmente se investigó el datasheet del amplificador operacional 741, en la Figura 2.4 se muestra el diagrama esquemático del mismo, dicho diagrama es de gran utilidad ya que muestra los pines del amplificador para conectarlo de buena forma.

[pic 13]

Figura 2.4. Amplificador operacional 741.

Basándonos en el diagrama del OPAMP 741 el siguiente paso fue la implementación del primer circuito mostrado la Figura 2.5 del cual corresponde a un circuito amplificador inversor.

[pic 14]

Figura 2.5. Amplificador inversor experimental

Para la primera medición, cada fuente se fijó en 12 V y con esto se alimentaron las entradas del OPAMP, el generador de funciones se calibro a 1kHz, pero se incrementó el valor gradualmente hasta llegar por debajo del punto donde se distorsiona la onda. Posteriormente se conectó el osciloscopio a la salida del amplificador operacional y se cerraron los switches s1 y s2.

Para el registro del voltaje de entrada y el voltaje de salida pico a pico del amplificador con la resistencia R1 de 3.3 kΩ de la tabla se colocó el osciloscopio a la entrada y salida del OPAMP y se obtuvieron los siguientes datos visualizados en la Figura 2.6 se muestra la forma de onda que se obtuvo con el voltaje y frecuencia mencionada anteriormente.

[pic 15]

Figura 2.6. Ondas de entrada y salida en osciloscopio con R1=3.3 kΩ.

Para el registro del voltaje de entrada y el voltaje de salida pico a pico del amplificador con la resistencia R1 de 20 kΩ de la tabla se colocó el osciloscopio a la entrada y salida del OPAMP y se obtuvieron los siguientes datos visualizados en la Figura 2.7 se muestra la forma de onda que se obtuvo con el voltaje y frecuencia mencionada anteriormente.

[pic 16]

Figura 2.7. Ondas de entrada y salida en osciloscopio con R1=20 kΩ.

...