Amplificadores Operacionales.docx

AMPLIFICADORES OPERACIONALES Son circuitos integrados con un nivel de componentes y estructura interna complicada por lo que los vamos a estudiar desde fuera como cajas negras. Su símbolo es el siguiente:

La alimentación del circuito se realiza por medio de dos fuentes de alimentación (alimentación simétrica). Como se aprecia en la figura 2, el terminal de referencia de tensiones (masa) no está conectado directamente al amplificador operacional. La referencia de tensiones debe realizarse a través de elementos externos al operacional tales como resistencias.

Tienen dos entradas la - que se denomina “inversora” y la + que se denomina “no inversora” y una salida Vo. Se alimentan a través de dos terminales uno con tensión positiva +V y otro con tensión negativa -V. Adicionalmente pueden tener otros terminales específicos para compensación de frecuencia, corrección de derivas de corriente continua. Existen varios modelos de OP. Vamos a estudiar en primer lugar el IDEAL. Es un modelo simplificado que se adapta bien al comportamiento real. Sin embargo a veces necesitaremos aproximarnos más con lo que describiremos el modelo REAL que es el ideal más una serie de imperfecciones.

Características del amplificador operacional ideal. 

Impedancia de entrada infinita (𝑅𝑖 = ∞). El circuito de entrada es un circuito abierto. Por tanto, no hay corriente en ningún terminal de entrada, es decir, las corrientes de polarización son nulas (𝐼𝐵 + , 𝐼𝐵 − = 0 ).

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Impedancia de salida nula 𝑅0 = 0

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Ganancia diferencial de tensión es infinita 𝐴𝑣 = ∞

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El margen dinámico ±𝑉𝐶𝐶 , No hay pérdida de tensión en la salida por saturación de elementos.

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La Razón de rechazo en Modo común (CMRR) es infinita. Este término requiere una explicación más amplia.

Una característica significativa de una conexión diferencial es que las señales que son opuestas en las entradas son altamente amplificadas, mientras que las que son comunes a las dos entradas son apenas ligeramente amplificadas (la operación global es amplificar la señal diferencial mientras que se rechaza la señal común a las dos entradas). Puesto que el ruido (cualquier señal de entrada indeseable) es generalmente común a ambas entradas, la conexión diferencial tiende a suministrar una atenuación de esta entrada indeseable, mientras que proporciona una salida amplificada de la señal diferencial aplicada a las entradas. Como medida de la capacidad de eliminación de las señales de modo común (de ruido) se emplea el valor numérico conocido como Razón de rechazo en Modo común (CMRR). En la Figura 6.9, se indica esquemáticamente el funcionamiento en modo común del amplificador operacional.

Si el amplificador es ideal, la componente común de las señales de entrada no sería amplificada 𝑉𝑜𝐶𝑀 = 0 . Pero en el amplificador real, la salida tiene un valor 𝑉𝑜𝐶𝑀 ≠ 0 De forma que la Ganancia en Modo Común 𝐴𝐶𝑀 ≠ 0

𝐴𝐶𝑀 =

𝑉𝑜𝐶𝑀 𝑉𝐶𝑀

Si llamamos A a la Ganancia del Modo Diferencial, la Razón de Rechazo en Modo Común se define como la relación de ambas Ganancias:

CMRR =

𝐴 𝐴𝐶𝑀

El valor de CMRR también se suele expresar en términos logarítmicos como:

CMRR(log) = 20. log10

𝐴 𝐴𝐶𝑀

Decir que la CMRR es infinita significa que el operacional presenta una buena atenuación de las señales de ruido. 

El amplificador responde igualmente a todas las frecuencias (el ancho de banda es infinito).

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Tiempo de conmutación nulo. Es decir, la salida sigue a la entrada, no existen transitorios debido a la velocidad finita que presentan los transistores que hay en el operacional.

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Para que la tensión de salida sea nula, los dos terminales de entrada deben estar a la misma tensión.

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Tensión de offset nula (tensión en la entrada para que la salida sea nula).

AMPLIFICADOR INVERSOR

Como tenemos realimentación negativa.

Por tanto, las características que presenta este circuito amplificador son:

AMPLIFICADOR NO INVERSOR

Como tenemos realimentación negativa

Por tanto, las características que presenta este circuito amplificador son:

AMPLIFICADOR SUMADOR

1. SUMADOR INVERSOR

Como hay realimentación negativa

Podemos tener una tensión de salida como combinación lineal de las tensiones de entrada. En el caso particular de que 𝑅 = 𝑅1 = 𝑅2 = 𝑅3

2. SUMADOR INVERSOR

Por haber realimentación negativa

Como 𝑉𝐴 = 𝑉𝐵

Si elegimos las resistencias de forma que 𝑅1 = 𝑅2 = 𝑅3 = 𝑅 ′′ y 𝑅 ′ = 2𝑅 tenemos que

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL O RESTADOR

Como hay realimentación negativa

AMPLIFICADOR INTEGRADOR

Como hay realimentación negativa

Integrando la expresión

O tambien

AMPLIFICADOR DIFERENCIADOR O DERIVADOR

Como hay realimentación negativa