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Electrónica de Pulsos
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
COMO CIRCUITO INTEGRADO
Versión: 2024/02/23
Índice
C-2. Amplificadores Operacional - 2
Carrera Electrónica
1. Amplificadores multietapa.
Estructura y tipos de acoplo.
2. Pares de transistores.
Cascodo, Darlington y Diferencial
3. Amplificadores integrados
4. Fuentes de corriente
Espejos. Fuentes Wilson y Widlar. Fuentes múltiples
5. Amplificadores diferenciales
Modos y modelos. Análisis en gran y pequeña señal. CMRR.
6. Amplificadores con cargas activas
7. Ejemplos de amplificadores integrados
1. Amplificadores multietapa: motivación
C-2. Amplificadores Operacional - 3
Carrera Electrónica
 Configuraciones básicas  características en señal limitadas.
 Es raro que una sola etapa satisfaga todas las especificaciones
necesarias
 ganancias, impedancias, márgenes dinámicos, etc.
 Los amplificadores prácticos suelen ser multietapa
 Un amplificador multietapa está constituido por un conjunto de
amplificadores básicos conectados entre sí.
 Objetivos de un diseño multietapa, muy variados.
 Obtener una ganancia global mayor que con una sola etapa.
 Obtener unas impedancias en entrada y salida, adecuadas a la
aplicación.
 Adaptar las características de la señal a las especificaciones
dadas, en tensión, corriente, frecuencia, potencia, etc.
 Aprovechar los puntos fuertes de cada configuración básica y al
mismo tiempo compensar o disminuir sus puntos débiles.
1.1. Amplificadores multietapa: estructura
 Una estructura típica
 Tres etapas: de entrada, intermedia, y de salida.
Etapa de
entrada
Etapa
inter-
media
Etapa de
salida
Carga
Genr.
 Criterios de diseño
 Etapa de entrada:
 Adaptarse al generador de señal. Parámetros: impedancia de entrada,
niveles de ruido, etc.
 Etapa intermedia:
 Ganancia adicional. Adaptar niveles entre etapas de entrada y salida.
 Etapa de salida:
 Adaptarse a la carga. Parámetros: impedancia de salida, niveles de
potencia o amplitud final de la señal deseada.
C-2. Amplificadores Operacional - 4
Carrera Electrónica
1.2. Acoplo entre etapas
 Un problema a resolver
 El acoplo (forma de conexión... ) entre etapas:
Etapa de
entrada
Etapa
inter-
media
Etapa de
salida
Carga
Genr.
 Necesidad
 Transferir la señal a través de todas las etapas.
 Restricciones
 No interesa modificar los puntos de trabajo ni alterar las
características de cada etapa, del generador y de la carga.
 Debe transferirse la señal en las mejores condiciones posibles, sin
alterar la información incluida en ella.
 Ausencia de distorsión, componentes de frecuencia de interés, etc.
C-2. Amplificadores Operacional - 5
Carrera Electrónica
1.2. Tipos de acoplo. Acoplo capacitivo.
 Tipos básicos: capacitivo, inductivo y directo
 El acoplo óptico es posible, aunque no es sencillo de realizar.
 Acoplo capacitivo
 Utiliza un condensador para aislar en DC (polarización) y dejar
pasar señales en cierta banda de frecuencias.
C1 C2 C3
A1 A2
La impedancia de Cx es tal que
resulta un c.c. a las frecuencias
útiles de la señal:

C-2. Amplificadores Operacional - 6
Carrera Electrónica
x
Cx
Z 
ωC
1
1.2. Tipos de acoplo. Nomenclatura
 Configuran la estructura del circuito en señal. Un ejemplo:
 C. de Acoplo: conecta dos etapas o deja pasar la señal a su través.
 C. de Desacoplo: elimina del cto. en señal un elemento dado.
C-2. Amplificadores Operacional - 7
Carrera Electrónica
1.2. Tipos de acoplo. Acoplo inductivo.
 Acoplo inductivo
 Emplea transformadores, elementos electromagnéticos, etc.
 En bajas frecuencias (p.e. audio) no interesa mucho, por el elevado
peso y volumen de los transformadores necesarios.
 Es conveniente en altas frecuencias o si se requiere aislamiento
galvánico entre elementos o etapas del circuito.
 Puede formar un filtro resonante con una LC adecuada.
C-2. Amplificadores Operacional - 8
Carrera Electrónica
1.2. Tipos de acoplo. Acoplo directo.
 Acoplo directo
 La salida de una etapa se une eléctricamente a la entrada de la
siguiente etapa.
 Ventajas:
 Utiliza menos componentes para
polarizar los elementos activos.
 Permite amplificar desde frecuencia
cero.
 Es esencial en amps. de continua,
como el Operacional.
 Inconvenientes (relativos...):
 Los puntos de trabajo de los
dispositivos están interrelacionados.
 En consecuencia, deben fijarse de
forma conjunta en todos ellos.
C-2. Amplificadores Operacional - 9
Carrera Electrónica
2. Pares de transistores. Par Cascodo
C-2. Amplificadores Operacional - 10
Carrera Electrónica
 Ciertas combinaciones de dos transistores con acoplo directo
tienen propiedades peculiares. Algunos ejemplos:
 Par cascodo, par diferencial, Darlington, PNP compuesto, etc.
 Par cascodo. (figura adjunta)
 Combinación en serie para
señal variable (cascada),
de un emisor común (Q1)
y un base común (Q2)
(EC-BC)
 Configuración útil
en Alta Frecuencia
 En frecuencias medias
se comporta como
una etapa E.C. simple
 Actividad:
 ¿Por qué esta etapa se llama cascodo? Suba esta información al Foro de la asignatura.
2. Par Darlington
ICD  IC1  IC 2  β1IB1  β2IB 2
IBD  IB1
IB 2  IE1  1 β1IB1  β1IB1
1 2
D 1
BD
I
β 
ICD
 β  β β
βD  β1β2
 El Par Darlington equivale a un único transistor compuesto
 El Darlington básico tiene tres terminales exteriores: E, B y C
 Es como un BJT con el doble de VBE en conducción y una beta muy alta
VBE_Darlington VBED  2VBE
C-2. Amplificadores Operacional - 11
Carrera Electrónica
 Hay versiones con un cuarto terminal: entre E1 y B2.
 En este caso, se analiza mejor como DOS BJT en serie.
 El Darlington se usa mucho como switch (interruptor)
 Control simple de cargas (motor, luces…) desde un Sistema Digital
 Actividad:
 busque en Internet “Darlington Array” y aplicaciones.
2. Par diferencial.
 Conjunto de dos transistores:
 Unidos por los terminales de
referencia de ambos Q’s
 BJT: emisores unidos
 Par acoplado por emisor.
 FET: fuentes unidas
 Par acoplado por fuente.
 Polarización por corriente en el punto común: generador IO
 Estructura simétrica, referida al punto común.
 Dos entradas: una en cada transistor (base o puerta).
 Dos salidas: las corrientes de cada transistor (colector o drenador).
 El par diferencial es una configuración esencial en amplificación.
 Bloque básico de muchos amplificadores integrados ( OP’s)
 Dedicaremos una sección completa a su estudio.
IO
C-2. Amplificadores Operacional - 12
Carrera Electrónica
iC1 iC2
vB
vA
3. Amplificadores integrados. Introducción.
 Amplificadores integrados
 En un solo IC, incluyen todo lo necesario:
 Polarización, etapas de amplificación, circuitos de protección, etc.
 Un ejemplo típico: el AO tipo 741  organizado en tres etapas
 Acoplo directo entre ellas, luego es un amplificador de continua.
 Nota: la función de C (capacidad Miller) se verá oportunamente.
C-2. Amplificadores Operacional - 13
Carrera Electrónica
3. Ejemplo: estructura del AO 741 (detalle)
 El circuito interno del 741 es aparentemente muy complejo...
C-2. Amplificadores Operacional - 14
Carrera Electrónica
3. Ejemplo: estructura del AO 741 (bloques)
 Puede dividirse en bloques funcionales muy claros:
 Redes de polarización, mediante fuentes de corriente.
 Etapas de amplificación estándar: diferencial, EC, potencia.
Ahora estudiaremos los
C-2. Amplificadores Operacional - 15
Carrera Electrónica
elementos principales de
los amplif. integrados.
 ¿Qué les pedimos a las fuentes de
corriente de polarización?
 Corriente constante: RO  ∞
 Tensión de trabajo, VIo, maximizada
 Independientes de otros parámetros
como: alimentación, temperatura…
 Ocupar la menor superficie de chip
posible (resistores no muy grandes)
Las diversas configuraciones de fuentes
tratan de responder a estas condiciones
de trabajo
4. Fuentes de corriente
 La polarización por fuentes de corriente es frecuente en los CI’s
 Facilitan puntos de trabajo Q muy estables
 En CI’s, los TRT’s ocupan menos superficie de chip que los
resistores  mayor densidad de integración.
IO RO
+VIo
-
C-2. Amplificadores Operacional - 16
Carrera Electrónica
4.1. Espejo de corriente: circuito básico.
Si Q1 y Q2 son idénticos y están a la misma temperatura T:
β

IC
B2
IC1  IC2  IB1  I
β
C
ref
I
B2
 2 C
I  IC1  IB1  I  I
R
Iref

VCC VBE
Si β>>1 se tiene:
IC1  IC2  Iref
 El efecto ‘espejo de corriente’ se da cuando dos TRTs comparten
variable de control, haciendo uno de ellos de referencia.
 En el “espejo de corriente” con BJT, comparten la misma VBE.
C 2
S
C1
BE 2
BE1
(VBE /VT )
 I
I  I e
V  V
C-2. Amplificadores Operacional - 17
Carrera Electrónica
4.1. Espejo de corriente: otros parámetros
vIo  vCE2  VCEsat
Tensión mínima de trabajo:
Resistencia interna:
O
A
I
V
RO  rCE2  ro 
+
vIo
-
 Otros parámetros de la fuente: tensión de trabajo y RO.
 La salida vIo de fuente en espejo es vCE2 por tanto:
IC2 =Io
RO
C-2. Amplificadores Operacional - 18
Carrera Electrónica
4.2. Fuente Wilson
 Posee una mayor resistencia de salida que el espejo básico
 Las fuentes de corriente de alta
resistencia, como el circuito
Wilson, son muy útiles en la
construcción de amplificadores
diferenciales de alto CMRR.
 Actividad de estudio:
Obtenga los parámetros de interés
de la fuente Wilson:
 Resistencia de salida RO
 Margen de trabajo VIo
R
C-2. Amplificadores Operacional - 19
Carrera Electrónica
ref
O C2

VCC VBE2 VBE3
I  I  I
4.3. Fuente Widlar: características.
 Permite corrientes de salida de valores bajos, inferiores a Iref
 Valores bajos de corriente interesan
por razones de consumo y potencia
disipada.
 Para fuentes de corriente de bajo
valor, R1 ↑↑  el área ocupada en el
chip por dicha R sería muy elevada.
Con ambos trt’s iguales y en activa se tiene:


 
V
 IS
 IS e T  IC2 

 VBE2
IC 2  VT ln
VBE 2 

 
V
 IS 
T  IC1 
IC1  IS e 
 VBE1  VT ln
VBE1 
VBE1 VBE2  R2IE2
siendo:
Iref
C-2. Amplificadores Operacional - 20
Carrera Electrónica
4.3. Fuente Widlar: características (2).
Aproximando, considerando betas muy grandes:
 R2IO
VBE1 VBE2  R2IC2 VBE2
T
T
I
I
  R2IC2

 S 
 V ln
V ln
 S 
IC1  IC2 
2
C1
C2  C2 
T ln 
I
I
V  I 
R 
1
R
ref
C1

VCC VBE1
I  I
2
y despejando R :
Sustituyendo VBE1 y VBE2 por sus expresiones
en función de IC1 e IC2 se obtiene:
Y despreciando las corrientes de base, se
tiene además que:
Iref
C-2. Amplificadores Operacional - 21
Carrera Electrónica
4.4. Fuentes múltiples
 En un amplificador integrado,
varias fuentes pueden utilizar la
misma corriente de referencia.
 La corriente a través de R1 sirve
como referencia para las cuatro
fuentes de corriente.
 Q1 y Q2 forman un espejo de
corriente básico.
 Q1 y Q3 forman una fuente Widlar
(donde I3<Iref)
 El mismo funcionamiento se tiene
para los transistores pnp:
 sólo se diferencian en el sentido de
la corriente y en la polaridad de la
tensión.
C-2. Amplificadores Operacional - 22
Carrera Electrónica
5. Amplificadores diferenciales. Introducción
 Son un tipo especial de amplificadores de gran importancia
 Disponen de dos entradas y al menos una salida referidas a masa
 El más habitual es el amplificador diferencial de tensión.
 El modelo del amplificador diferencial es complejo
 Por construcción, el amplificador reacciona diferente según la
forma en la que se relacionan las señales de entrada
 Esto se caracteriza como los modos del diferencial
C-2. Amplificadores Operacional - 23
Carrera Electrónica
5.1. Amplificadores diferenciales: modos
 Existen dos modos de funcionamiento
 Modo diferencial, referido a ‘la diferencia’ entre las entradas.
 Modo común, referido a la ‘parte común’ entre las entradas.
 Las definiciones y modelo de las entradas son:
definiciones
de ambos modos
modelo para
los generadores
generadores
de entrada
¡Equivalentes!
C-2. Amplificadores Operacional - 24
Carrera Electrónica
5.1. Amplificadores diferenciales: modelo
 Cada modo de funcionamiento tiene una ganancia distinta
 La ganancia diferencial y la ganancia común. En consecuencia, la
salida del amp. diferencial es una combinación de ambos modos:
 Acvicm
vo  vod  voc  Advid
Normalmente:
Ad >> Ac
Rcx >>
C-2. Amplificadores Operacional - 25
Carrera Electrónica
 Ejercicio. Simplifique el modelo del A. diferencial para los casos:
 Señal de entrada sólo en modo diferencial.
 Señal de entrada sólo en modo común.
 Incluyendo las impedancias de entrada (diferentes según el modo)
se define el modelo completo para el amplificador diferencial:
5.1. Amplificadores diferenciales: aplicaciones
 Los amplificadores diferenciales son muy importantes…
 Sobre todo en aplicaciones donde el ruido enmascara la señal
 Si el ruido es parte común, se amplifica mucho menos que la
parte diferencial (señal útil).
 Un caso típico son los amplificadores de ECG:
Actividad:
¿Qué fuente de ruido
se tiene en este
caso?
¿De qué frecuencia es
la señal de ruido?
C-2. Amplificadores Operacional - 26
Carrera Electrónica
5.1. Amplificadores diferenciales: CMRR
 El mismo caso que el ECG es habitual en medidas de sensores
 La característica que más interesa del amplificador diferencial es su
capacidad para eliminar la componente de señal común
 Esta capacidad se puede cuantificar fácilmente relacionando las
ganancias diferencial y común.
 A la relación entre ambas, se la define como Relación de Rechazo
al Modo Común (Common Mode Rejection Ratio = CMRR):
 Los fabricantes dan como datos Ad y CMRR (ésta, normalmente en dB)
 Ejercicio:
 A un diferencial con Ad=100 y CMRR = 120dB, se aplica una señal de
entrada de 10mV con un ruido común de 500mV: ¿Qué señales tenemos
finalmente en la salida? ¿Qué relación hay entre ambas?
(dB )
c
A
CMRR  20log
Ad
c
C-2. Amplificadores Operacional - 27
Carrera Electrónica
A
CMRR 
Ad
5.1. Amplificadores diferenciales: ejercicio
 Ejercicio 1.38 (Malik)
Se muestra el modelo para un amplificador diferencial con una fuente
de señal doble.
a) ¿Cuáles son los valores de Ad , RRMC, Rd y Rc ?
b) Halle la componente en modo diferencial de vo
c) Halle el componente en modo común de vo
d) Halle el valor de vo
e) Halle el nuevo valor de vo si la salida del amplificador se conecta a
tierra a través de una resistencia de carga de 800 Ω.
C-2. Amplificadores Operacional - 28
Carrera Electrónica
5.2. Par diferencial: análisis en gran señal.
 Base de los amp. diferenciales
 Funcionamiento:
 Los transistores sólo deben
funcionar en activa o corte.
 Si se saturasen, dejaría de
funcionar como diferencial.
 Las salidas (colectores) han
de conectarse de modo que
se garantice la zona activa.
 Análisis en gran señal (función de transferencia):
IO
iC1 iC2
vB
vA
vE
C1 S1 S1
i  I  I e(vA vE )/VT 1
S2 S2
iC2  I
evBE1 /VT1
evBE 2 /VT 2
 I e(vB vE )/VT 2
Con Q1 y Q2 iguales y a la misma T:
IS1  IS 2  IS
 V V
C-2. Amplificadores Operacional - 29
Carrera Electrónica
 q 
kT 
V   T 2 T
T1
5.2. Par diferencial: análisis en gran señal.
IO
iC1 iC2
vB
vA
vE
despejando en función de iC1 queda...
iC1
iC2
 Aplicando 2º lema de Kirchhoff (corrientes) en emisores:
 e(vA vB )/VT
 evD /VT
C1 S
i  I e(vA vE )/VT
C2 S
i  I e(vB vE )/VT
iE1  iE2  IO  iC1  iC2
C1 O C2 O C1
i  I i  I i evD /VT
C1
IO
1 evD /VT
i 
C-2. Amplificadores Operacional - 30
Carrera Electrónica
5.2. Función de transferencia.
IO
iC1 iC2
vA
vE
Las f. de t. de transconductancia,
iC=f (vD), para ambas salidas son:
i  IO i  IO
C1
1 evD /VT C2
1 evD /VT
-2VT
-4VT
vB
iC2
iC1
iC
vD
0 2VT 4VT
IO
IO/2
0
C-2. Amplificadores Operacional - 31
Carrera Electrónica
5.3. Amplificador diferencial básico, con RC.
iC1 iC2
vO1 vO2
vOD
+VCC +VCC
IO
vB
vA
vE
-VEE
 Diferencial básico, con resistores en colector.
 El montaje con VCC y RC permite pasar las corrientes iC a tensión y
mantener los Q’s en activa.
• Tres formas de obtener
una tensión de salida:
 iC2RC
vO2  VCC
Salidas asimétricas
vO1  VCC  iC1RC
vOD  vO1  vO2  (iC2  iC1)RC
Salida simétrica o diferencial
C-2. Amplificadores Operacional - 32
Carrera Electrónica
5.3. Diferencial básico: salida diferencial.
 Obtención de la función de
transferencia: vOD = f (vA - vB) = f (vD )
O
vOD
IO
1 evD /VT
iC2 
iC2  iC1  2iC2  I
IO  iC1  iC2
 (iC2  iC1)RC
iC1 iC2
vO1 vO2
vOD
+VCC +VCC
IO
vA
vE
-VEE
vB
tanh
D T D T
OD C O C O
2IO
2V
v /V v /V
 vD 
1 evD /VT
 
v  R  I  R I  R I
C  O   
1 e 1 e
   T 
C-2. Amplificadores Operacional - 33
Carrera Electrónica
5.3. Diferencial básico: salida diferencial.
iC1 iC2
vO1 vO2
vOD
+VCC +VCC
IO
vA
vE
-VEE
vB
 v 
vOD  RC IO tanh
D

-4VT -2VT
vOD
vD
0 2VT 4VT
+RC IO
0
-RC IO
 2VT 
 Ganancia en pequeña señal, en el mejor punto de trabajo (0,0):
m C
T T
D
OD
d
d C
V
v
G

 dv  IO IC

vod
C
2V
    R  R  g R
dv (0,0)
C-2. Amplificadores Operacional - 34
Carrera Electrónica
5.3. Diferencial básico: polarización.
 El mejor punto de trabajo, por
defecto, es el equilibrio: vD = 0.
 Pero además, hay que garantizar el
funcionamiento del diferencial.
 Con vD =0 tiene que haber una
tensión continua, vCM , tal que Q1 y
Q2 estén en activa.
 Los valores válidos de esta vCM
determinan el margen de entrada
en modo común.
 Estos límites son diferentes en cada
circuito.
+VCC
IO
vCM
-VEE
IO
2
IO
2
IO
2
VCC  RC C
C-2. Amplificadores Operacional - 35
Carrera Electrónica
CC
IO
2
V  R
vE
5.3. Diferencial básico: polarización.
 Para el circuito de la figura:
 Límite superior marcado por la
saturación de los transistores
+VCC
IO
vCM
IO
2
IO
2
IO
2
VCC  RC C
CC
IO
2
V  R
vE
I
vCE
vE  vCM VBE




 vC  vE  VCC  O
RC   vE
vCE  VCEsat
2
 0,2V
CEsat
BE
O
CC
CM
I
V
R V
C 




v  V 
2
-VEE
 Límite inferior, marcado por IO
o
o
 VI
vI  vE VEE  vCM VBE VEE  VI
vCM min VBE VEE
o
min
C-2. Amplificadores Operacional - 36
Carrera Electrónica
5.4. El diferencial en pequeña señal
 Conocido el punto de trabajo (IC = IO/2) se obtienen fácilmente los
parámetros del diferencial en pequeña señal.
 Diferencial definido por: Zd , Zc , Zs , Ad , Ac , CMRR , etc. (ver trp. 14)
 El análisis se simplifica, con técnicas específicas.
 Un ejemplo:
 Diferencial con R de emisor
 Esta RE proporciona mayor
Ze y mayor margen lineal
que el diferencial básico, a
costa de menor ganancia.
(Hambley, sección 7.5)
 Análisis genérico, para
ambos modos (trp. 22):
vd  vi1  vi2
vc  (vi1  vi2 ) / 2
vO1 vO2
vOD
+VCC
-VEE
vi1
C-2. Amplificadores Operacional - 37
Carrera Electrónica
vi2
RE RE
IO
RE RE
RO
5.4. Modo diferencial
 En este modo se tiene: vc  0, vi1  vi2  vd 2
Modela la R interna
de la fuente de corriente
Por simetría, en J se tiene
una “masa virtual”:
VJ = 0  IREB = 0
C-2. Amplificadores Operacional - 38
Carrera Electrónica
5.4. Análisis de semicircuito (m. diferencial)
masa
virtual
d1
id
A
v
βRC
 La simetría del problema permite una resolución rápida
 Análisis de “semicircuito”: se analiza una mitad y se identifican
posteriormente los resultados con el modelo (trp. 14)
Zi1  rπ  (β 1)RE
Zo1  RC

vo1
 
2[rπ  (β 1)RE ]
RE
Atención: si se dan las condiciones
adecuadas, Ad sólo dependería de
los resistores fijos:
(β1)RE  rπ
d1
E E
2R
βRC
β1
A    
RC
2(β1)R
C-2. Amplificadores Operacional - 39
Carrera Electrónica
RE
2RO
RE
2RO
5.4. Modo común
 En este modo se tiene:
vi1  vi2  vicm
Por simetría, en J
se tiene iJ = 0
Para que al dividir por
la mitad el circuito la
VJ quede igual, la RO
ha de duplicarse.
C-2. Amplificadores Operacional - 40
Carrera Electrónica
RE
2RO
5.4. Análisis de semicircuito (m. común)
 Análisis similar al caso diferencial
 Hay que prestar especial atención a combinar acertadamente los
resultados parciales de semicircuito
Efecto de la
impedancia
de IO en señal
cm1
icm
A
v
βRC
 (β 1)(RE  2RO )
Zcm1 
rπZo1 
RC

vo1
 
rπ  (β 1)(RE  2RO )
En condiciones normales la RO de la
fuente de corriente es muy alta: por
tanto rπ es despreciable.
Si además β»  Acm no depende de β:
cm1
C-2. Amplificadores Operacional - 41
Carrera Electrónica
E O
A 
RC
R  2R
+
-
+
-
+
-
va
vb
vo1
vo2
(Zd / 2)
(Zd / 2) ZX
Acvc
Ad vd
Ad vd
Acvc
5.4. Modelo del diferencial con RE
 Combinando adecuadamente los análisis de cada semicircuito:
X
cm
Z  Z
 Zd
4
2
cm
π
Z 
1
[r  (β 1)(RE  2RO )]
d
v
βRC
2[rπ  (β 1)RE ]
d
v
βRC
2[rπ  (β 1)RE ]
c
E O
v
π
βRC
r  (β 1)(R  2R )
c
v
βRC
rπ  (β 1)(RE  2RO )
 (β 1)RE
E
(Zd 2)  Zi1  rπ
(Zd 2)  Zi2  rπ
 (β 1)R
C-2. Amplificadores Operacional - 42
Carrera Electrónica
+
-
+
-
+
-
va
vb
vo1
vo2
(Zd / 2)
(Zd / 2) ZX
Acvc
Ad vd
Ad vd
Acvc
5.4. Modelo del diferencial básico
 Simplificación del anterior, eliminando RE (recordar que: gmrπ=β)
d
2

gmRC
v
2RO
R
 C
vc
X
cm
Z  Z
 Zd
4
2
cm O
Z 
rπ
 (β 1)R
d
2

gmRC
v
c
O
2R

RC
v
(Zd 2)  Zi1  rπ
(Zd 2)  Zi1  rπ
C-2. Amplificadores Operacional - 43
Carrera Electrónica
5.5. Análisis del CMRR
 En un amplificador diferencial el CMRR es un factor de mérito
 Define la calidad del diferencial.
 Si la simetría del circuito fuera ideal
 ¡El CMRR en salida diferencial sería infinito!
 Esto es así dado que se cancelan mutuamente ambas componentes
comunes.
 En la práctica, hay diferencias y en consecuencia sí hay señal de salida.
 Sólo tiene sentido hablar del CMRR en salida asimétrica. En el
diferencial básico (sin RE):
m O
c - una salida
A RC / (2RO )
CMRR 
Ad - una salida 
gmRC /2
 g R
La calidad de un amplificador diferencial es directamente
proporcional a la calidad (RO) de su fuente de corriente.
C-2. Amplificadores Operacional - 44
Carrera Electrónica
6. Diferencial con carga activa
 Carga activa: con dispositivos D o Q
 Se utiliza un espejo que lleva la corriente
de Q1 hasta la salida.
 Análisis simplificado en modo diferencial:
identificando términos conocidos...
vb
va
+
vd
-
vo
rO4 
RO  rO2
2
m
vd vd 
iO  iC1 iC2  g  g
 m
2 
 
m d
O
i  g v
2

vd
2
C-2. Amplificadores Operacional - 45
Carrera Electrónica

vd
7. Ejemplos de amplificadores integrados
C-2. Amplificadores Operacional - 46
Carrera Electrónica
 Q1 y Q2:
amplificador diferencial
con salida diferencial.
 Q3 y Q4:
amplificador diferencial
con salida asimétrica.
 Q5:
amplificador
emisor común.
 Q6:
seguidor de emisor.
 Q7, Q8 y Q9:
espejo de corriente
doble
7. Ejercicio: de nuevo con el 741
 La mayoría de los bloques básicos acaban de estudiarse
 ¿qué bloques puede identificar y qué función realizan?
C-2. Amplificadores Operacional - 47
Carrera Electrónica
Referencias
C-2. Amplificadores Operacional - 48
Carrera Electrónica
 Material de estudio:
 Hambley, capítulo 7.
 Malik, secciones: 6.7, 7.8.3, 7.8.5 y 7.9.(2-4)
 Sedra-Smith, capítulo 6, secciones 6.1-5.
 Gráficas extraídas de los textos y secciones detallados.
Control de revisiones
C-2. Amplificadores Operacional - 49
Carrera Electrónica
 2017-02-27: versión inicial.

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TEMA 2 AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO CRCUITO INTEGRADOR.pptx

  • 1. Electrónica de Pulsos AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO CIRCUITO INTEGRADO Versión: 2024/02/23
  • 2. Índice C-2. Amplificadores Operacional - 2 Carrera Electrónica 1. Amplificadores multietapa. Estructura y tipos de acoplo. 2. Pares de transistores. Cascodo, Darlington y Diferencial 3. Amplificadores integrados 4. Fuentes de corriente Espejos. Fuentes Wilson y Widlar. Fuentes múltiples 5. Amplificadores diferenciales Modos y modelos. Análisis en gran y pequeña señal. CMRR. 6. Amplificadores con cargas activas 7. Ejemplos de amplificadores integrados
  • 3. 1. Amplificadores multietapa: motivación C-2. Amplificadores Operacional - 3 Carrera Electrónica  Configuraciones básicas  características en señal limitadas.  Es raro que una sola etapa satisfaga todas las especificaciones necesarias  ganancias, impedancias, márgenes dinámicos, etc.  Los amplificadores prácticos suelen ser multietapa  Un amplificador multietapa está constituido por un conjunto de amplificadores básicos conectados entre sí.  Objetivos de un diseño multietapa, muy variados.  Obtener una ganancia global mayor que con una sola etapa.  Obtener unas impedancias en entrada y salida, adecuadas a la aplicación.  Adaptar las características de la señal a las especificaciones dadas, en tensión, corriente, frecuencia, potencia, etc.  Aprovechar los puntos fuertes de cada configuración básica y al mismo tiempo compensar o disminuir sus puntos débiles.
  • 4. 1.1. Amplificadores multietapa: estructura  Una estructura típica  Tres etapas: de entrada, intermedia, y de salida. Etapa de entrada Etapa inter- media Etapa de salida Carga Genr.  Criterios de diseño  Etapa de entrada:  Adaptarse al generador de señal. Parámetros: impedancia de entrada, niveles de ruido, etc.  Etapa intermedia:  Ganancia adicional. Adaptar niveles entre etapas de entrada y salida.  Etapa de salida:  Adaptarse a la carga. Parámetros: impedancia de salida, niveles de potencia o amplitud final de la señal deseada. C-2. Amplificadores Operacional - 4 Carrera Electrónica
  • 5. 1.2. Acoplo entre etapas  Un problema a resolver  El acoplo (forma de conexión... ) entre etapas: Etapa de entrada Etapa inter- media Etapa de salida Carga Genr.  Necesidad  Transferir la señal a través de todas las etapas.  Restricciones  No interesa modificar los puntos de trabajo ni alterar las características de cada etapa, del generador y de la carga.  Debe transferirse la señal en las mejores condiciones posibles, sin alterar la información incluida en ella.  Ausencia de distorsión, componentes de frecuencia de interés, etc. C-2. Amplificadores Operacional - 5 Carrera Electrónica
  • 6. 1.2. Tipos de acoplo. Acoplo capacitivo.  Tipos básicos: capacitivo, inductivo y directo  El acoplo óptico es posible, aunque no es sencillo de realizar.  Acoplo capacitivo  Utiliza un condensador para aislar en DC (polarización) y dejar pasar señales en cierta banda de frecuencias. C1 C2 C3 A1 A2 La impedancia de Cx es tal que resulta un c.c. a las frecuencias útiles de la señal:  C-2. Amplificadores Operacional - 6 Carrera Electrónica x Cx Z  ωC 1
  • 7. 1.2. Tipos de acoplo. Nomenclatura  Configuran la estructura del circuito en señal. Un ejemplo:  C. de Acoplo: conecta dos etapas o deja pasar la señal a su través.  C. de Desacoplo: elimina del cto. en señal un elemento dado. C-2. Amplificadores Operacional - 7 Carrera Electrónica
  • 8. 1.2. Tipos de acoplo. Acoplo inductivo.  Acoplo inductivo  Emplea transformadores, elementos electromagnéticos, etc.  En bajas frecuencias (p.e. audio) no interesa mucho, por el elevado peso y volumen de los transformadores necesarios.  Es conveniente en altas frecuencias o si se requiere aislamiento galvánico entre elementos o etapas del circuito.  Puede formar un filtro resonante con una LC adecuada. C-2. Amplificadores Operacional - 8 Carrera Electrónica
  • 9. 1.2. Tipos de acoplo. Acoplo directo.  Acoplo directo  La salida de una etapa se une eléctricamente a la entrada de la siguiente etapa.  Ventajas:  Utiliza menos componentes para polarizar los elementos activos.  Permite amplificar desde frecuencia cero.  Es esencial en amps. de continua, como el Operacional.  Inconvenientes (relativos...):  Los puntos de trabajo de los dispositivos están interrelacionados.  En consecuencia, deben fijarse de forma conjunta en todos ellos. C-2. Amplificadores Operacional - 9 Carrera Electrónica
  • 10. 2. Pares de transistores. Par Cascodo C-2. Amplificadores Operacional - 10 Carrera Electrónica  Ciertas combinaciones de dos transistores con acoplo directo tienen propiedades peculiares. Algunos ejemplos:  Par cascodo, par diferencial, Darlington, PNP compuesto, etc.  Par cascodo. (figura adjunta)  Combinación en serie para señal variable (cascada), de un emisor común (Q1) y un base común (Q2) (EC-BC)  Configuración útil en Alta Frecuencia  En frecuencias medias se comporta como una etapa E.C. simple  Actividad:  ¿Por qué esta etapa se llama cascodo? Suba esta información al Foro de la asignatura.
  • 11. 2. Par Darlington ICD  IC1  IC 2  β1IB1  β2IB 2 IBD  IB1 IB 2  IE1  1 β1IB1  β1IB1 1 2 D 1 BD I β  ICD  β  β β βD  β1β2  El Par Darlington equivale a un único transistor compuesto  El Darlington básico tiene tres terminales exteriores: E, B y C  Es como un BJT con el doble de VBE en conducción y una beta muy alta VBE_Darlington VBED  2VBE C-2. Amplificadores Operacional - 11 Carrera Electrónica  Hay versiones con un cuarto terminal: entre E1 y B2.  En este caso, se analiza mejor como DOS BJT en serie.  El Darlington se usa mucho como switch (interruptor)  Control simple de cargas (motor, luces…) desde un Sistema Digital  Actividad:  busque en Internet “Darlington Array” y aplicaciones.
  • 12. 2. Par diferencial.  Conjunto de dos transistores:  Unidos por los terminales de referencia de ambos Q’s  BJT: emisores unidos  Par acoplado por emisor.  FET: fuentes unidas  Par acoplado por fuente.  Polarización por corriente en el punto común: generador IO  Estructura simétrica, referida al punto común.  Dos entradas: una en cada transistor (base o puerta).  Dos salidas: las corrientes de cada transistor (colector o drenador).  El par diferencial es una configuración esencial en amplificación.  Bloque básico de muchos amplificadores integrados ( OP’s)  Dedicaremos una sección completa a su estudio. IO C-2. Amplificadores Operacional - 12 Carrera Electrónica iC1 iC2 vB vA
  • 13. 3. Amplificadores integrados. Introducción.  Amplificadores integrados  En un solo IC, incluyen todo lo necesario:  Polarización, etapas de amplificación, circuitos de protección, etc.  Un ejemplo típico: el AO tipo 741  organizado en tres etapas  Acoplo directo entre ellas, luego es un amplificador de continua.  Nota: la función de C (capacidad Miller) se verá oportunamente. C-2. Amplificadores Operacional - 13 Carrera Electrónica
  • 14. 3. Ejemplo: estructura del AO 741 (detalle)  El circuito interno del 741 es aparentemente muy complejo... C-2. Amplificadores Operacional - 14 Carrera Electrónica
  • 15. 3. Ejemplo: estructura del AO 741 (bloques)  Puede dividirse en bloques funcionales muy claros:  Redes de polarización, mediante fuentes de corriente.  Etapas de amplificación estándar: diferencial, EC, potencia. Ahora estudiaremos los C-2. Amplificadores Operacional - 15 Carrera Electrónica elementos principales de los amplif. integrados.
  • 16.  ¿Qué les pedimos a las fuentes de corriente de polarización?  Corriente constante: RO  ∞  Tensión de trabajo, VIo, maximizada  Independientes de otros parámetros como: alimentación, temperatura…  Ocupar la menor superficie de chip posible (resistores no muy grandes) Las diversas configuraciones de fuentes tratan de responder a estas condiciones de trabajo 4. Fuentes de corriente  La polarización por fuentes de corriente es frecuente en los CI’s  Facilitan puntos de trabajo Q muy estables  En CI’s, los TRT’s ocupan menos superficie de chip que los resistores  mayor densidad de integración. IO RO +VIo - C-2. Amplificadores Operacional - 16 Carrera Electrónica
  • 17. 4.1. Espejo de corriente: circuito básico. Si Q1 y Q2 son idénticos y están a la misma temperatura T: β  IC B2 IC1  IC2  IB1  I β C ref I B2  2 C I  IC1  IB1  I  I R Iref  VCC VBE Si β>>1 se tiene: IC1  IC2  Iref  El efecto ‘espejo de corriente’ se da cuando dos TRTs comparten variable de control, haciendo uno de ellos de referencia.  En el “espejo de corriente” con BJT, comparten la misma VBE. C 2 S C1 BE 2 BE1 (VBE /VT )  I I  I e V  V C-2. Amplificadores Operacional - 17 Carrera Electrónica
  • 18. 4.1. Espejo de corriente: otros parámetros vIo  vCE2  VCEsat Tensión mínima de trabajo: Resistencia interna: O A I V RO  rCE2  ro  + vIo -  Otros parámetros de la fuente: tensión de trabajo y RO.  La salida vIo de fuente en espejo es vCE2 por tanto: IC2 =Io RO C-2. Amplificadores Operacional - 18 Carrera Electrónica
  • 19. 4.2. Fuente Wilson  Posee una mayor resistencia de salida que el espejo básico  Las fuentes de corriente de alta resistencia, como el circuito Wilson, son muy útiles en la construcción de amplificadores diferenciales de alto CMRR.  Actividad de estudio: Obtenga los parámetros de interés de la fuente Wilson:  Resistencia de salida RO  Margen de trabajo VIo R C-2. Amplificadores Operacional - 19 Carrera Electrónica ref O C2  VCC VBE2 VBE3 I  I  I
  • 20. 4.3. Fuente Widlar: características.  Permite corrientes de salida de valores bajos, inferiores a Iref  Valores bajos de corriente interesan por razones de consumo y potencia disipada.  Para fuentes de corriente de bajo valor, R1 ↑↑  el área ocupada en el chip por dicha R sería muy elevada. Con ambos trt’s iguales y en activa se tiene:     V  IS  IS e T  IC2    VBE2 IC 2  VT ln VBE 2     V  IS  T  IC1  IC1  IS e   VBE1  VT ln VBE1  VBE1 VBE2  R2IE2 siendo: Iref C-2. Amplificadores Operacional - 20 Carrera Electrónica
  • 21. 4.3. Fuente Widlar: características (2). Aproximando, considerando betas muy grandes:  R2IO VBE1 VBE2  R2IC2 VBE2 T T I I   R2IC2   S   V ln V ln  S  IC1  IC2  2 C1 C2  C2  T ln  I I V  I  R  1 R ref C1  VCC VBE1 I  I 2 y despejando R : Sustituyendo VBE1 y VBE2 por sus expresiones en función de IC1 e IC2 se obtiene: Y despreciando las corrientes de base, se tiene además que: Iref C-2. Amplificadores Operacional - 21 Carrera Electrónica
  • 22. 4.4. Fuentes múltiples  En un amplificador integrado, varias fuentes pueden utilizar la misma corriente de referencia.  La corriente a través de R1 sirve como referencia para las cuatro fuentes de corriente.  Q1 y Q2 forman un espejo de corriente básico.  Q1 y Q3 forman una fuente Widlar (donde I3<Iref)  El mismo funcionamiento se tiene para los transistores pnp:  sólo se diferencian en el sentido de la corriente y en la polaridad de la tensión. C-2. Amplificadores Operacional - 22 Carrera Electrónica
  • 23. 5. Amplificadores diferenciales. Introducción  Son un tipo especial de amplificadores de gran importancia  Disponen de dos entradas y al menos una salida referidas a masa  El más habitual es el amplificador diferencial de tensión.  El modelo del amplificador diferencial es complejo  Por construcción, el amplificador reacciona diferente según la forma en la que se relacionan las señales de entrada  Esto se caracteriza como los modos del diferencial C-2. Amplificadores Operacional - 23 Carrera Electrónica
  • 24. 5.1. Amplificadores diferenciales: modos  Existen dos modos de funcionamiento  Modo diferencial, referido a ‘la diferencia’ entre las entradas.  Modo común, referido a la ‘parte común’ entre las entradas.  Las definiciones y modelo de las entradas son: definiciones de ambos modos modelo para los generadores generadores de entrada ¡Equivalentes! C-2. Amplificadores Operacional - 24 Carrera Electrónica
  • 25. 5.1. Amplificadores diferenciales: modelo  Cada modo de funcionamiento tiene una ganancia distinta  La ganancia diferencial y la ganancia común. En consecuencia, la salida del amp. diferencial es una combinación de ambos modos:  Acvicm vo  vod  voc  Advid Normalmente: Ad >> Ac Rcx >> C-2. Amplificadores Operacional - 25 Carrera Electrónica  Ejercicio. Simplifique el modelo del A. diferencial para los casos:  Señal de entrada sólo en modo diferencial.  Señal de entrada sólo en modo común.  Incluyendo las impedancias de entrada (diferentes según el modo) se define el modelo completo para el amplificador diferencial:
  • 26. 5.1. Amplificadores diferenciales: aplicaciones  Los amplificadores diferenciales son muy importantes…  Sobre todo en aplicaciones donde el ruido enmascara la señal  Si el ruido es parte común, se amplifica mucho menos que la parte diferencial (señal útil).  Un caso típico son los amplificadores de ECG: Actividad: ¿Qué fuente de ruido se tiene en este caso? ¿De qué frecuencia es la señal de ruido? C-2. Amplificadores Operacional - 26 Carrera Electrónica
  • 27. 5.1. Amplificadores diferenciales: CMRR  El mismo caso que el ECG es habitual en medidas de sensores  La característica que más interesa del amplificador diferencial es su capacidad para eliminar la componente de señal común  Esta capacidad se puede cuantificar fácilmente relacionando las ganancias diferencial y común.  A la relación entre ambas, se la define como Relación de Rechazo al Modo Común (Common Mode Rejection Ratio = CMRR):  Los fabricantes dan como datos Ad y CMRR (ésta, normalmente en dB)  Ejercicio:  A un diferencial con Ad=100 y CMRR = 120dB, se aplica una señal de entrada de 10mV con un ruido común de 500mV: ¿Qué señales tenemos finalmente en la salida? ¿Qué relación hay entre ambas? (dB ) c A CMRR  20log Ad c C-2. Amplificadores Operacional - 27 Carrera Electrónica A CMRR  Ad
  • 28. 5.1. Amplificadores diferenciales: ejercicio  Ejercicio 1.38 (Malik) Se muestra el modelo para un amplificador diferencial con una fuente de señal doble. a) ¿Cuáles son los valores de Ad , RRMC, Rd y Rc ? b) Halle la componente en modo diferencial de vo c) Halle el componente en modo común de vo d) Halle el valor de vo e) Halle el nuevo valor de vo si la salida del amplificador se conecta a tierra a través de una resistencia de carga de 800 Ω. C-2. Amplificadores Operacional - 28 Carrera Electrónica
  • 29. 5.2. Par diferencial: análisis en gran señal.  Base de los amp. diferenciales  Funcionamiento:  Los transistores sólo deben funcionar en activa o corte.  Si se saturasen, dejaría de funcionar como diferencial.  Las salidas (colectores) han de conectarse de modo que se garantice la zona activa.  Análisis en gran señal (función de transferencia): IO iC1 iC2 vB vA vE C1 S1 S1 i  I  I e(vA vE )/VT 1 S2 S2 iC2  I evBE1 /VT1 evBE 2 /VT 2  I e(vB vE )/VT 2 Con Q1 y Q2 iguales y a la misma T: IS1  IS 2  IS  V V C-2. Amplificadores Operacional - 29 Carrera Electrónica  q  kT  V   T 2 T T1
  • 30. 5.2. Par diferencial: análisis en gran señal. IO iC1 iC2 vB vA vE despejando en función de iC1 queda... iC1 iC2  Aplicando 2º lema de Kirchhoff (corrientes) en emisores:  e(vA vB )/VT  evD /VT C1 S i  I e(vA vE )/VT C2 S i  I e(vB vE )/VT iE1  iE2  IO  iC1  iC2 C1 O C2 O C1 i  I i  I i evD /VT C1 IO 1 evD /VT i  C-2. Amplificadores Operacional - 30 Carrera Electrónica
  • 31. 5.2. Función de transferencia. IO iC1 iC2 vA vE Las f. de t. de transconductancia, iC=f (vD), para ambas salidas son: i  IO i  IO C1 1 evD /VT C2 1 evD /VT -2VT -4VT vB iC2 iC1 iC vD 0 2VT 4VT IO IO/2 0 C-2. Amplificadores Operacional - 31 Carrera Electrónica
  • 32. 5.3. Amplificador diferencial básico, con RC. iC1 iC2 vO1 vO2 vOD +VCC +VCC IO vB vA vE -VEE  Diferencial básico, con resistores en colector.  El montaje con VCC y RC permite pasar las corrientes iC a tensión y mantener los Q’s en activa. • Tres formas de obtener una tensión de salida:  iC2RC vO2  VCC Salidas asimétricas vO1  VCC  iC1RC vOD  vO1  vO2  (iC2  iC1)RC Salida simétrica o diferencial C-2. Amplificadores Operacional - 32 Carrera Electrónica
  • 33. 5.3. Diferencial básico: salida diferencial.  Obtención de la función de transferencia: vOD = f (vA - vB) = f (vD ) O vOD IO 1 evD /VT iC2  iC2  iC1  2iC2  I IO  iC1  iC2  (iC2  iC1)RC iC1 iC2 vO1 vO2 vOD +VCC +VCC IO vA vE -VEE vB tanh D T D T OD C O C O 2IO 2V v /V v /V  vD  1 evD /VT   v  R  I  R I  R I C  O    1 e 1 e    T  C-2. Amplificadores Operacional - 33 Carrera Electrónica
  • 34. 5.3. Diferencial básico: salida diferencial. iC1 iC2 vO1 vO2 vOD +VCC +VCC IO vA vE -VEE vB  v  vOD  RC IO tanh D  -4VT -2VT vOD vD 0 2VT 4VT +RC IO 0 -RC IO  2VT   Ganancia en pequeña señal, en el mejor punto de trabajo (0,0): m C T T D OD d d C V v G   dv  IO IC  vod C 2V     R  R  g R dv (0,0) C-2. Amplificadores Operacional - 34 Carrera Electrónica
  • 35. 5.3. Diferencial básico: polarización.  El mejor punto de trabajo, por defecto, es el equilibrio: vD = 0.  Pero además, hay que garantizar el funcionamiento del diferencial.  Con vD =0 tiene que haber una tensión continua, vCM , tal que Q1 y Q2 estén en activa.  Los valores válidos de esta vCM determinan el margen de entrada en modo común.  Estos límites son diferentes en cada circuito. +VCC IO vCM -VEE IO 2 IO 2 IO 2 VCC  RC C C-2. Amplificadores Operacional - 35 Carrera Electrónica CC IO 2 V  R vE
  • 36. 5.3. Diferencial básico: polarización.  Para el circuito de la figura:  Límite superior marcado por la saturación de los transistores +VCC IO vCM IO 2 IO 2 IO 2 VCC  RC C CC IO 2 V  R vE I vCE vE  vCM VBE      vC  vE  VCC  O RC   vE vCE  VCEsat 2  0,2V CEsat BE O CC CM I V R V C      v  V  2 -VEE  Límite inferior, marcado por IO o o  VI vI  vE VEE  vCM VBE VEE  VI vCM min VBE VEE o min C-2. Amplificadores Operacional - 36 Carrera Electrónica
  • 37. 5.4. El diferencial en pequeña señal  Conocido el punto de trabajo (IC = IO/2) se obtienen fácilmente los parámetros del diferencial en pequeña señal.  Diferencial definido por: Zd , Zc , Zs , Ad , Ac , CMRR , etc. (ver trp. 14)  El análisis se simplifica, con técnicas específicas.  Un ejemplo:  Diferencial con R de emisor  Esta RE proporciona mayor Ze y mayor margen lineal que el diferencial básico, a costa de menor ganancia. (Hambley, sección 7.5)  Análisis genérico, para ambos modos (trp. 22): vd  vi1  vi2 vc  (vi1  vi2 ) / 2 vO1 vO2 vOD +VCC -VEE vi1 C-2. Amplificadores Operacional - 37 Carrera Electrónica vi2 RE RE IO
  • 38. RE RE RO 5.4. Modo diferencial  En este modo se tiene: vc  0, vi1  vi2  vd 2 Modela la R interna de la fuente de corriente Por simetría, en J se tiene una “masa virtual”: VJ = 0  IREB = 0 C-2. Amplificadores Operacional - 38 Carrera Electrónica
  • 39. 5.4. Análisis de semicircuito (m. diferencial) masa virtual d1 id A v βRC  La simetría del problema permite una resolución rápida  Análisis de “semicircuito”: se analiza una mitad y se identifican posteriormente los resultados con el modelo (trp. 14) Zi1  rπ  (β 1)RE Zo1  RC  vo1   2[rπ  (β 1)RE ] RE Atención: si se dan las condiciones adecuadas, Ad sólo dependería de los resistores fijos: (β1)RE  rπ d1 E E 2R βRC β1 A     RC 2(β1)R C-2. Amplificadores Operacional - 39 Carrera Electrónica
  • 40. RE 2RO RE 2RO 5.4. Modo común  En este modo se tiene: vi1  vi2  vicm Por simetría, en J se tiene iJ = 0 Para que al dividir por la mitad el circuito la VJ quede igual, la RO ha de duplicarse. C-2. Amplificadores Operacional - 40 Carrera Electrónica
  • 41. RE 2RO 5.4. Análisis de semicircuito (m. común)  Análisis similar al caso diferencial  Hay que prestar especial atención a combinar acertadamente los resultados parciales de semicircuito Efecto de la impedancia de IO en señal cm1 icm A v βRC  (β 1)(RE  2RO ) Zcm1  rπZo1  RC  vo1   rπ  (β 1)(RE  2RO ) En condiciones normales la RO de la fuente de corriente es muy alta: por tanto rπ es despreciable. Si además β»  Acm no depende de β: cm1 C-2. Amplificadores Operacional - 41 Carrera Electrónica E O A  RC R  2R
  • 42. + - + - + - va vb vo1 vo2 (Zd / 2) (Zd / 2) ZX Acvc Ad vd Ad vd Acvc 5.4. Modelo del diferencial con RE  Combinando adecuadamente los análisis de cada semicircuito: X cm Z  Z  Zd 4 2 cm π Z  1 [r  (β 1)(RE  2RO )] d v βRC 2[rπ  (β 1)RE ] d v βRC 2[rπ  (β 1)RE ] c E O v π βRC r  (β 1)(R  2R ) c v βRC rπ  (β 1)(RE  2RO )  (β 1)RE E (Zd 2)  Zi1  rπ (Zd 2)  Zi2  rπ  (β 1)R C-2. Amplificadores Operacional - 42 Carrera Electrónica
  • 43. + - + - + - va vb vo1 vo2 (Zd / 2) (Zd / 2) ZX Acvc Ad vd Ad vd Acvc 5.4. Modelo del diferencial básico  Simplificación del anterior, eliminando RE (recordar que: gmrπ=β) d 2  gmRC v 2RO R  C vc X cm Z  Z  Zd 4 2 cm O Z  rπ  (β 1)R d 2  gmRC v c O 2R  RC v (Zd 2)  Zi1  rπ (Zd 2)  Zi1  rπ C-2. Amplificadores Operacional - 43 Carrera Electrónica
  • 44. 5.5. Análisis del CMRR  En un amplificador diferencial el CMRR es un factor de mérito  Define la calidad del diferencial.  Si la simetría del circuito fuera ideal  ¡El CMRR en salida diferencial sería infinito!  Esto es así dado que se cancelan mutuamente ambas componentes comunes.  En la práctica, hay diferencias y en consecuencia sí hay señal de salida.  Sólo tiene sentido hablar del CMRR en salida asimétrica. En el diferencial básico (sin RE): m O c - una salida A RC / (2RO ) CMRR  Ad - una salida  gmRC /2  g R La calidad de un amplificador diferencial es directamente proporcional a la calidad (RO) de su fuente de corriente. C-2. Amplificadores Operacional - 44 Carrera Electrónica
  • 45. 6. Diferencial con carga activa  Carga activa: con dispositivos D o Q  Se utiliza un espejo que lleva la corriente de Q1 hasta la salida.  Análisis simplificado en modo diferencial: identificando términos conocidos... vb va + vd - vo rO4  RO  rO2 2 m vd vd  iO  iC1 iC2  g  g  m 2    m d O i  g v 2  vd 2 C-2. Amplificadores Operacional - 45 Carrera Electrónica  vd
  • 46. 7. Ejemplos de amplificadores integrados C-2. Amplificadores Operacional - 46 Carrera Electrónica  Q1 y Q2: amplificador diferencial con salida diferencial.  Q3 y Q4: amplificador diferencial con salida asimétrica.  Q5: amplificador emisor común.  Q6: seguidor de emisor.  Q7, Q8 y Q9: espejo de corriente doble
  • 47. 7. Ejercicio: de nuevo con el 741  La mayoría de los bloques básicos acaban de estudiarse  ¿qué bloques puede identificar y qué función realizan? C-2. Amplificadores Operacional - 47 Carrera Electrónica
  • 48. Referencias C-2. Amplificadores Operacional - 48 Carrera Electrónica  Material de estudio:  Hambley, capítulo 7.  Malik, secciones: 6.7, 7.8.3, 7.8.5 y 7.9.(2-4)  Sedra-Smith, capítulo 6, secciones 6.1-5.  Gráficas extraídas de los textos y secciones detallados.
  • 49. Control de revisiones C-2. Amplificadores Operacional - 49 Carrera Electrónica  2017-02-27: versión inicial.