Ejercicio resuelto, Amplificador operacional

Ejercicio Resuelto:
        Teniendo una fuente de alimentación de +12vdc y -12vdc en un circuito inversor se tiene  una señal de entrada senoidal, se sabe que el circuito tiene una ganancia de valor 2. Encuentre el valor máximo de amplitud que puede tener la señal senoidal de entrada sin truncarse.

Solución:

Los A.O. no pueden dar una tensión de salida superior que con la cual se alimenta. Y Debemos saber que los valores máximos de tensión que acepta la salida de un A.O. no es el valor exacto de alimentación y puede variar según su modelo y marca. Pero se generaliza que la tensión de salida puede llegar a ser hasta un máximo del 90% de la tensión de alimentación. Para este caso tenemos que la alimentación del A.O es de +12vdc y -12vdc  por lo tanto:

[pic 1]

[pic 2]

[pic 3]

Donde:
: Voltaje Máximo de salida Positivo[pic 4]

: Voltaje Máximo de salida Negativo[pic 5]

[pic 6]

Ahora sabemos que el circuito solo aceptara señales que resulten en la salida en el rango de  [-10,8V,+10,8V] sin que esta se trunque.

Para saber la Amplitud máxima que puede tener la señal de entrada tomamos el valor máximo de voltaje de salida y lo dividimos entre la ganancia:

[pic 7]

[pic 8]

Tenemos entonces que el valor máximo que puede tener la amplitud de la señal de entrada es de 5,4V. Para comprobarlo realizamos una simulación diseñando el circuito y observando su salida mediante un osciloscopio con distintos valores de entradas:

Para el circuito inversor de ganancia 2 tomaremos 1 resistencia de 5k para R1 y calculamos RF. Nótese en la formula que Vi puede pasar dividiendo al otro lado de la igualdad  y obtendremos la siguiente igualdad:

[pic 9]

Despejamos a RF:
[pic 10]

Ahora procedemos a armar el circuito en el simulador

[pic 11]

Para el primer valor de entrada introducimos un valor de 5Vac. Esto es lo que nos muestra el osciloscopio:

[pic 12]
La línea amarilla representa la señal de entrada de 5V y la línea azul representa la señal de salida, la cual nos arroja unos 10V perfectamente, nótese que las señales están invertidas debidos a las características de esta configuración inversora.

Seguimos, y ahora colocamos el valor máximo de tensión de salida posible sin truncar, es decir, 5,4V:
[pic 13]

Se puede apreciar unas señales muy similares a las anteriores. Esta se muestra sin ningún tipo de truncado y arroja los valores calculados (10,8V)

Proseguimos con un valor ligeramente superior a 5,4V, para esto tomamos 5,6V como valor de amplitud de la señal de entrada:
[pic 14]

Podemos notar ya un ligero truncado de la señal senoidal, en los picos y valles de la señal de salida, esto era de esperarse ya que se supero el máximo de amplitud permitido por la alimentación del A.O.

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