1. EL AMPLIFICADOR
OPERACIONAL
EL AMPLIFICADOR
OPERACIONAL
• 1.- Características.
• 2.- Funcionamiento.
• 3.- Realimentación negativa.
• 4.- Aplicaciones lineales.
• 5.- Aplicaciones no lineales.
• 6.- Conversor digital – analógico.
• 7.- Conversor analógico – digital.
El Amplificador 2
Operacional
1
2. 1.- Características.
• Es un amplificador de
tensión. Alimentación
positiva
• Entrada diferencial.
• Elevada impedancia de Entrada
entrada. inversora
Salida
• Pequeña impedancia de Entrada no
salida. inversora
• Alimentación típicamente
simétrica: +VCC, -VCC Alimentación
negativa
• También hay A.O. para
soportar alimentación
asimétrica: VCC, 0 ó –VCC,
0 V.
El Amplificador 3
Operacional
1.- Características.
A.O. ideales A.O. reales (ejemplos)
Ganancia AV Infinita 200.000 máx. 300.000 máx.
de tensión (LM741) (TL081)
Impedancia ZE Infinita 2M 106 M
de entrada (LM741) (TL081)
Impedancia ZS 0 75 típ. 50 máx.
de salida (LM741) (TL081)
Ancho de BW 0 1,5 MHz 4 MHz
banda (LM741) (TL081)
El Amplificador 4
Operacional
2
3. 2.- Funcionamiento.
V + V− • Ad: ganancia diferencial.
VS = A d ·(V+ − V− ) + A mc · +
2 • Amc: ganancia en modo
VS común.
VCC • V+ y V-: entradas.
• VS: salida.
• El elevado valor de Ad
V+ - V-
hace que diferencia de
tensiones de entrada
-VCC
mínimas saturen el A.O.
• Las propias tensiones de
desequilibrio internas
El Amplificador
(offset) saturan el A.O. 5
Operacional
2.- Funcionamiento.
• Algunos modelos de
A.O. incorporan 2
entradas adicionales,
llamadas BALANCE o
OFFSET NULL.
• Los catálogos de los
fabricantes proponen
el montaje a añadir si
se desea.
El Amplificador 6
Operacional
3
4. 3.- Realimentación negativa.
• Suponiendo ganancia
diferencial infinita, el
sistema sólo se estabiliza
cuando la diferencia de
tensión en sus entradas
se anula.
• La realimentación hace
que: V+ = V-
• Esto es la base de
análisis de los circuitos
lineales con A.O.
El Amplificador 7
Operacional
4.- Aplicaciones lineales.
• 4.1.- Seguidor de tensión.
• 4.2.- Amplificador inversor.
• 4.3.- Amplificador no inversor.
• 4.4.- Sumador inversor.
• 4.5.- Restador (amplificador diferencial).
• 4.6.- Derivador inversor.
• 4.7.- Integrador inversor.
El Amplificador 8
Operacional
4
5. 4.1.- Seguidor de tensión.
• VS = VE
• Por la entrada no
inversora no circula
intensidad.
• La intensidad en la salida
la proporciona el A.O.
VS
VE • Esto permite aislar las
intensidades en
diferentes partes de un
circuito, manteniendo las
tensiones.
El Amplificador 9
Operacional
4.2.- Amplificador inversor.
• La ganancia se ajusta
con R1 y R2.
• El signo negativo indica
que la señal de salida
está invertida respecto a
la de entrada.
• En el caso de señales de
entrada periódicas (por
ejemplo senoidales)
R2 implica un desfase de
VS = − VE 180º.
R1
El Amplificador 10
Operacional
5
6. 4.3.- Amplificador no inversor.
• La ganancia se ajusta
con R1 y R2.
• La impedancia de
entrada del circuito es la
propia del amplificador
operacional.
R
VS = 1 + 2 VE
R1
El Amplificador 11
Operacional
4.4.- Sumador inversor.
R2
VS = − (V1 + V2 )
R1
El Amplificador 12
Operacional
6
7. 4.4.- Sumador inversor.
• Con R2 y R1 se puede aumentar o disminuir la tensión
de salida proporcionalmente a la suma de las tensiones
de entrada.
• Se pueden añadir tantas tensiones de entrada como se
desee, a través de una resistencia de valor R1
conectada al nudo de la masa virtual.
• Variando el valor de la resistencia R1 de forma diferente
para cada tensión de entrada, se puede hacer una suma
ponderada a cada sumando.
• Obsérvese que el signo menos en la ecuación indica
que la tensión de la salida está invertida respecto a la
suma de las tensiones de entrada.
El Amplificador 13
Operacional
4.5.- Amplificador diferencial.
• Con R1 y R2 se puede
aumentar o disminuir
la tensión de salida
proporcionalmente a
la diferencia de las
tensiones de entrada.
R2
VS = (V1 − V2 )
R1
El Amplificador 14
Operacional
7
8. 4.6.- Derivador inversor.
• La tensión de salida
es proporcional a la
derivada de la tensión
de entrada.
• El signo negativo
indica que la salida
está invertida.
dVE
VS = −R ·C
dt
El Amplificador 15
Operacional
4.7.- Integrador inversor.
• La tensión de salida
es proporcional a la
C
integral de la señal de
entrada.
R
VE
• El signo negativo
VS indica que la salida
está invertida.
1
R· C ∫
VS = − VE dt
El Amplificador 16
Operacional
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9. 5.- Aplicaciones no lineales.
• 5.1.- Comparador de tensión.
• 5.2.- Comparador de tensión con salida
compatible TTL.
• 5.3.- Multivibrador monoestable.
• 5.4.- Multivibrador astable.
El Amplificador 17
Operacional
5.1.- Comparador de tensión.
• Una vez fijada la tensión
de referencia con el
potenciómetro la salida
es:
• + VSAT si VE > VRef.
• – VSAT si VE < VRef.
• La tensión de saturación
VSAT normalmente es
ligeramente inferior (en
valor absoluto) a la
tensión de alimentación
VCC.
El Amplificador 18
Operacional
9
10. 5.2.- Comparador de tensión con
salida compatible TTL.
• La tensión en la
salida toma 2 únicos
valores:
• + 5,1 V si VE > VRef.
• – 0,6 V si VE < VRef.
• Valores que se
pueden usar como
entrada a una puerta
lógica TTL.
El Amplificador 19
Operacional
5.3.- Multivibrador monoestable.
VCC
• La salida está a 0 V
un tiempo (t) después
R3 R2 de pulsar el pulsador.
V1 VS
• Pasado este tiempo,
V2
la salida se mantiene
R4 C R1 estable a VSAT.
• La R4 debe tener muy
poca resistencia, para
R permitir una descarga
t = R3 ·C·ln1 + 2
R1 muy rápida del C.
El Amplificador 20
Operacional
10
11. 5.4.- Multivibrador astable.
• El propio offset del A.O.
sirve de arranque al
circuito, que se acaba
saturando.
• Entonces el condensador
empieza a cargarse para
alcanzar la nueva tensión
de saturación.
• Cuando V1 supera a V2
2·R1 cambia la salida y vuelve
T = 2·R3 ·C ·ln 1 + a empezar el ciclo.
R2
El Amplificador 21
Operacional
5.4.- Multivibrador astable.
El Amplificador 22
Operacional
11
12. 5.4.- Multivibrador astable.
El Amplificador 23
Operacional
6.- Conversor digital – analógico.
• 4 bits de entrada, que
se introducen por las
V3
R1 R2 entradas V3 (MSB),
V2, V1 y V0 (LSB).
2·R1 +VCC
V2
• Cada entrada podrá
V1
4·R1 VS tomar los valores
correspondientes a su
8·R1 -VCC
V0 familia lógica.
V V V V
VS = −R 2 3 + 2 + 1 + 0
R1 2 R1 4 R1 8 R1
El Amplificador 24
Operacional
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