1. UNIVERSIDAD ESTATAL DE BOLIVAR
FACULTAD:CIENCIAS ADMINISTRATIVAS GESTION
EMPRESARIAL E INFORMATICA
ESCUELA DE SISTEMAS
ELECTRONICA BASICA
UNIDAD 4
TEMA: AMPLIFICADORES OPERACIONALES
Presentación realizada por:
Ing. Roberto Rodríguez
Docente
Guaranda – Ecuador
Enero 2013
3. Amplificador operacional básico
• El nombre de amplificador operacional deriva del
concepto de un amplificador de voltaje, con una
entrada diferencial y ganancia extremadamente alta.
• Sus características de operación se determinan por los
elementos de realimentación (conexión directa entre la
salida y la entrada) que se utilizan. Cambiando la forma
y disposición de dichos elementos, se pueden
implementar diferentes operaciones analógicas, y las
características globales del circuito se determinan sólo
por estos elementos de realimentación.
• Permite realizar operaciones, que antiguamente se
realizaban con muchos componentes discretos, ahora
con uno sólo: EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL.
5. El amplificador operacional ideal
El amplificador operacional se puede pensar como
una caja, con sus terminales de entrada y salida,
ignorando qué hay dentro de dicha caja.
Se muestra un amplificador
idealizado como un dispositivo
de acoplo directo con entrada
diferencial, y un único
Terminal de salida.
El amplificador sólo responde a
la diferencia de tensión entre
los dos terminales de entrada,
y no a su potencial común.
6. El amplificador operacional ideal
Las propiedades del amplificador ideal son:
1. La ganancia de tensión es infinita: a = ∞
infinita
2. La resistencia de entrada es infinita: Ri = ∞
infinita
3. La resistencia de salida es cero: Ro = 0
cero
4. El ancho de banda es infinito: BW = ∞
infinito
Un amplificador operacional real ; es decir, no ideal, tiende a
adquirir las características descritas para el ideal
7. El amplificador operacional ideal
A partir de estas características del AO ideal, se pueden
deducir dos propiedades adicionales:
• Como la ganancia en tensión es infinita, cualquier señal
de salida que se desarrolle será el resultado de una señal
de entrada infinitesimalmente pequeña, y la tensión de
entrada diferencial es nula.
nula
• Si la resistencia de entrada es infinita, no existe flujo de
corriente en ninguno de los terminales de entrada.
entrada
Estas dos propiedades pueden considerarse como axiomas
del AO. Con ellas se puede deducir el funcionamiento de
AO
casi todos los circuitos con amplificadores operacionales.
8. Señales de entrada en un OpAmp
Cuando se aplican señales de entrada (Vi) al OpAmp tendremos las siguientes
posibilidades:
1).- Aplicar señal solo a la terminal inversora y conectar la terminal no inversora a tierra.
2).- Aplicar señal solo a la terminal no inversora y conectar la terminal inversora a
tierra.
3).- Aplicar señal de entrada a las dos terminales al mismo tiempo; que a su vez
presenta dos posibilidades: aplicar señales diferentes a cada terminal de entrada o
aplicar la misma señal a ambas entradas.
Una señal positiva en la entrada inversora produce una señal negativa a la salida lo que
quiere decir que a la salida se tiene una señal invertida en fase respecto a la señal de
entrada.
Mientras que la misma señal de entrada aplicada en la terminal no inversora produce
una señal positiva en la salida; es decir la salida esta en fase respecto a la señal de
entrada.
En este tipo de amplificadores se utilizan voltajes de alimentación bipolares de +/- 5V a
+/- 15V.
Un amplificador operacional puede realizar sus funciones de diferentes maneras, es lo
que se llama modos de operación.
9. Circuitos con AO’s
Configuraciones Básicas del OpAmp
Los amplificadores operacionales se pueden conectar
según dos circuitos amplificadores básicos:
• Inversora y
• No-inversora.
No-inversora
En general, todos los circuitos con AO son variaciones
estrechamente relacionadas de estas dos configuraciones,
más otro circuito básico que resulta de una combinación de
los dos primeros: el amplificador diferencial con AO.
10. El amplificador inversor
La primera configuración básica del AO es el amplificador
inversor:
inversor
En este circuito, la entrada (+) está conectada a masa, y
masa
la señal se aplica a la entrada (-) a través de R1, con
realimentación desde la salida a través de R2.
11. El amplificador inversor
Aplicando las propiedades del AO ideal, las características
más distintivas de este circuito se pueden destacar como sigue:
• Como el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollará
su tensión de salida, V0 , con tensión de entrada “nula”.
“nula”
• Ya que la entrada diferencial del AO es:
Vd = V p − Vn ⇒ Vd = 0
• Si Vd = 0, toda la tensión de entrada Vi deberá aparecer en
0
R1, obteniendo una corriente en R1:
I = Vi R1
• Como Vn está a un potencial cero, se dice que es un punto
de tierra virtual.
virtual
12. El amplificador inversor
Toda la corriente I que circula por R1 pasará por R2, puesto
que no se derivará ninguna corriente hacia la entrada del
operacional (impedancia infinita). Por lo tanto:
infinita
− V0 = I R2
Teniendo en cuenta que la corriente por el circuito es la
misma, resulta entonces:
V0 Vi
− =I=
R2 R1
La ganancia del amplificador inversor será:
V0 R
∆V = =− 2
Vi R1
13. EJEMPLO
Calcular el voltaje de salida del circuito amplificador operacional inversor
mostrado en la figura, si el voltaje de entrada es de 1.5V, R1=100 ohmios y
R2=400 ohmios
14. El amplificador no-inversor
En este circuito, la
tensión Vi se aplica a
la entrada (+), y una
fracción de la señal
de salida Vo, se
Vo
aplica a la entrada (-)
a través del divisor
de tensión R1 - R2.
Puesto que no fluye corriente de entrada en ningún terminal de
entrada, y ya que Vd = 0, la tensión en R1 será igual a Vi:
0
Vi = I R1
15. Circuitos con AO’s
El amplificador no-inversor
Como :
Vo = I ( R1 + R2 )
se tiene que:
V1
Vo = ( R1 + R2 )
R1
Por lo tanto, en términos de ganancia, la ecuación caracterís-
tica para el AO no inversor ideal vendrá dada por:
Vo R1 + R2 R2
= = 1+
V1 R1 R1
16. EJEMPLO
Calcular el voltaje de salida del circuito amplificador operacional no inversor
mostrado en la figura, si el voltaje de entrada es de 1.5V, R1=100 ohmios y
R2=400 ohmios
17. Configuraciones basadas en los circuitos
inversor y no inversor
El amplificador diferencial
Una configuración importante con AO es la que se conoce
como amplificador diferencial, que no es más que una
diferencial
combinación de las dos configuraciones principales.
Este circuito tiene señales aplicadas en ambos terminales de
entrada, tal como se muestra en la siguiente figura:
18. Configuraciones basadas en los circuitos
inversor y no inversor
El amplificador diferencial
Para comprender cómo funciona el circuito, primero se ana-
lizarán las dos señales de entrada por separado, y después, en
forma combinada.
Como siempre, Vd = 0, y la corriente de entrada en los termi-
0
nales es cero. Por lo tanto:
cero
Vd = V (+) − V (−) ⇔ V (+) = V (−)
donde la tensión en el terminal positivo será:
V1
V (+) = R2
R1 + R2
19. Configuraciones basadas en los circuitos
inversor y no inversor
El amplificador diferencial
Aplicando el principio de superposición, la tensión de
superposición
salida se puede considerar como la suma de los efectos
producidos por ambas señales en forma individual, haciendo
una cero cuando se considera la otra.
Por lo tanto, llamando V01 a la tensión a la salida debida a
V1, y teniendo en cuenta que V2=0 y que V(-)=V(+), se tiene:
(+)
V1 R2 R3 + R4
V01 = ×
R1 + R2 R3
20. Configuraciones basadas en los circuitos
inversor y no inversor
El amplificador diferencial
La tensión de salida debida a V2, suponiendo V1=0 (y consi-
derando la ecuación de la ganancia para el circuito inversor),
valdrá: R4
V02 = −V2
R3
Aplicando el teorema de superposición, la tensión de salida
V0 = V01 + V02. Haciendo que R3=R1 y R4 =R2, se tendrá que:
V1 R2 R2 R2
V01 = V02 = −V2 V0 = (V1 − V2 )
R1 R1 R1
21. Configuraciones basadas en los circuitos
inversor y no inversor
El amplificador diferencial
En términos de ganancia:
V0 R2
=
V1 − V2 R1
es la ganancia del AO para señales en modo diferencial.
diferencial
V1 se dividirá entre R1 y R2, apareciendo una tensión V(+)
menor en R2. Debido a la ganancia infinita del amplificador, y
a la tensión de entrada diferencial cero, esta tensión será igual
a V(-) en el nodo suma ( terminal (-) ).
