Amplificador Operacional

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

• Un amplificador operacional ideal, es un amplificador diferencial con ganancia infinita y con impedancia infinita en las entradas y nula en la salida. Asimismo, su comportamiento es independiente de la frecuencia, de la tensión de modo común, de las fuentes de alimentación.

• Vout = G• (V+ − V−)

• Esta capacidad de igualar las tensiones de las dos entradas es utilizada universalmente para crear redes con funciones específicas, originalmente los AMPLIFICADORES OPERACIONALES se empleaban para operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.) en calculadoras analógicas, esta capacidad de igualar las tensiones de las dos entradas es utilizada universalmente para crear redes con funciones específicas.

• El amplificador tiene asociada una red de elementos pasivos con realimentación negativa. En este caso, es insostenible que el amplificador se encuentre en saturación y, por tanto, el valor de la tensión de salida está comprendido entre los valores de las tensiones de alimentación. Dado que la ganancia es infinita, la diferencia de tensión entre las dos entradas debe ser forzosamente 0 V.

APLICACIONES

• calculadoras analógicas

• fltros

• reguladores

• conversores

• adaptadores de niveles (CMOS Y TTL)

ESQUEMA

 V+: entrada no inversora

 V-: entrada inversora

 VOUT: salida

 VS+: alimentación positiva

 VS-: alimentación negativa

CONFIGURACION EXTERNA

LAZO ABIERTO

Si no existe realimentación, la salida del AO será la resta de sus 2 entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100000 (que se considera infinito en cálculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las 2 tensiones es de 1mV la salida debería de ser 100V. Debido a la limitación que supone no poder entregar más tensión de la que hay en la alimentación

LAZO CERRADO

Se conoce como lazo a la retroalimentación en un circuito. Aquí se supondrá realimentación negativa. Para conocer el funcionamiento de esta configuración se parte de las tensiones en las 2 entradas exactamente iguales, se supone que la tensión en la Terminal positiva por lo tanto la tensión en la salida también se eleva. Como existe la realimentación entre la salida y la Terminal negativa, la tensión en esta Terminal también se eleva, por tanto la diferencia entre las 2 entradas se reduce, disminuyéndose también la salida Siempre que hay realimentación negativa se aplican estas 2 aproximaciones para analizar el circuito:

V+ = V-

I+ = I- = 0

CONFIGURACION INTERNA

Internamente el AO contiene un gran numero de transistores, resistores, capacitares, etc.

Hay varios tipos de presentaciones de los amplificadores operacionales, como el paquete dual en línea (DIP) de 8 pines o terminales. Para saber cual es el pin 1, se ubica una muesca entre los pines 1 y 8, siendo el numero 1 el pin que esta a la izquierda de una muesca cuando se pone integrado. - Pin 2: entrada inversora (-)

- Pin 3: Entrada no inversora (+)

- Pin 6: Salida (out)

Para alimentar un amplificador operacional se utilizan 2 fuentes de tensión:

- Una positiva conectada al Pin 7

- Una negativa conectada al Pin 4.

Esquema de la configuración interna del Amplificador Operacional:

Amplificador operacional ideal

es un dispositivo de acoplo directo, con entrada diferencial y un único Terminal de salida. El amplificador solo responde a la diferencia de tensión entre los 2 terminales de entrada. Una señal positiva en la entrada inversora (-), produce una señal negativa a la salida, mientras que la misma señal en la entrada no inversora (+) produce una señal positiva en la salida. Con una tensión de entrada diferencial,

A partir de estas características del AO, podemos deducir otras 2 importantes propiedades adicionales. Puesto que, la ganancia de tensión es infinita, cualquier señal de salida que se desarrolle será el resultado de una señal de entrada infinitesimalmente pequeña

Luego, en resumen:

La tensión de entrada diferencial es nula.

También, si la resistencia de entrada es infinita. No existe flujo de corriente en ninguno de los termínales de entrada.

Funcionamiento en Modo Diferencial y Modo Común

Una tercera configuración del amplificador operacional es conocida como el amplificador diferencial, es una combinación de la configuración inversa y no inversa. Aunque esta basado en los otros 2 circuitos, el amplificador diferencial tiene características únicas.

El circuito anterior tiene aplicadas aplicadas en ambos terminales de entrada, y utiliza la amplificación diferencial natural del amplificador operacional

Que es la ganancia de la etapa para señales en modo diferencial

Esta configuración es única porque puede rechazar una señal común a ambas entradas. Esto se debe a la propiedad de tensión de entrada diferencial nula

En el caso de que las señales V1 y V2 sean idénticas, el análisis es sencillo. V1 se dividirá entre R1 y R2, apareciendo una menor tensión V(+) en R2. Debido a la ganancia infinita del amplificador, y a la tensión de entrada diferencial cero, una tensión igual V (-) debe aparecer en el nudo suma (-).

Puesto que la red de resistencias R3 y R4 es igual a la red R1 y R2, y se aplica la misma tensión a ambos terminales de entrada, se concluye que Vo debe estar a potencial nulo para que V(-) se mantenga igual a V(+); Vo estará al mismo potencial que R2, el cual, de hecho está a masa.

La ganancia para señales en modo común es cero, puesto que, por definición, el amplificador no tiene ganancia cuando se aplican señales iguales a ambas entradas.

Las dos impedancias de entrada de la etapa son distintas. Para la entrada (+), la impedancia de entrada es R1 + R2. La impedancia para la entrada (-) es R3. La impedancia de entrada diferencial (para una fuente flotante) es la impedancia entre las entradas, es decir, R1+R3

RELACION DE RECHAZO DE MODO COMUN (CMRR)

Los amplificadores de Instrumentación amplifican la diferencia entre dos señales. Esas señales diferenciales en la práctica provienen de sensores como, fotosensores, puentes de medición resistivos, etc. En la figura de arriba se ve que de un puente resistivo, en estado de equilibrio sin señal, en la mitad de las ramas

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