Dispositivos y circuitos electrónicos analógicos: teoría y aplicaciones del amplificador operacional integrado

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL: El voltaje Vout es proporcional a la DIFERENCIA de los voltajes de entrada V1 y V2.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL INTEGRADO: LM741

AMPLIFICADOR OPERACIONAL INTEGRADO:

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL INTEGRADO: Usos: Medición para sensores resistivos: puente de Wheatstone Rtd, celda de cargas (strain gauge), etc Medición de temperaturas con TERMOCUPLAS Conversores tensión a corriente (sensores industriales salida 4-20mA) Amplificadores Controladores PID -Buffers -Comparadores -etc

LM741:

Circuito equivalente de un amplificador Operacional:

ENTRADA DE TERMINAL SIMPLE:

ENTRADA DE TERMINAL DOBLE:

CMRR

Vd=Vi1-Vi2 Vc=1/2(Vi1+Vi2) ENTONCES:

EL VOLTAJE DE SALIDA DEL AO ESTARÁ DADO POR: Se tiene que Ac muy chico, por lo que CMRR es muy grande

Características del Amplificador operacional: De la tabla, se ve que para los cálculos generales, se pueden considerar a los AO reales, como ideales

EMPLEO DE AO CON RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA:

RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA: La realimentación negativa, vuelve la respuesta de los sistemas relativamente insensible a las perturbaciones externas y a las variaciones internas de los parámetros del sistema Ejemplos de aplicación: –Control de temperaturas -Control de velocidad -Control de variables en procesos productivos.

Entonces la ganancia del sistema dependerá sólo de la red de realimentación (aproximadamente)

AMPLIFICADOR OPERACIONAL REALIMENTADO: CONSIDERACIONES DE DISEÑO: En configuración con realimentación negativa, se deben seguir dos reglas para plantear circuitos con operacionales: REGLA 1: CORTOCIRCUITO VIRTUAL ENTRE LOS TERMINALES + y – REGLA 2: Corriente nula en las terminales + y – (impedancia de entrada infinita)

AMPLIFICADOR INVERSOR: GANANCIA??? Vout/Vin=?? Ecuaciones del operacional (realimentación negativa): I+ = I- = 0 e+ = e-

AMPLIFICADOR NO INVERSOR: GANANCIA??? Vout/Vin=??

BUFFER: GANANCIA??? Vout/Vin=?? ¿Utilidad?

Sumador Inversor: ¿Ganancia? ¿Qué pasaría si Rn=R2=R1=R?

Sumador no Inversor: ¿Ganancia?

Integrador: Vout??? Q=CV i=CdV/dt

Derivador: Vout??? Q=CV i=CdV/dt

Conversor de tensión a corriente:: IL??? Aplicación: SENSORES INDUSTRIALES 4-20mA . Al usar salida de corriente, evitamos el problema de los errores introducidos por la longitud de los conductores

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL: Vout=f(V2-V1) Aplicación:

GENERADOR DE ONDA CUADRADA: C se carga a través de R, variando el voltaje V- Vo fluctúa entre VCC y –VCC. Por lo que V+ también fluctúa Se genera una onda cuadrada (Vo) cuya frecuencia está relacionada a RC. Existe realimentación POSITIVA de la señal.

GENERADOR DE ONDA TRIANGULAR: ¿Cómo podemos obtener un generador de onda triangular a partir del generador de onda cuadrada anterior? ?

CONTROLADOR PID: Proporcional, Integral , Derivativo

Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es un mecanismo de control por realimentación que calcula la desviación o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una acción correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de cálculo del control PID se da en tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional determina la reacción del error actual. El Integral genera una corrección proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso vía un elemento de control como la posición de una válvula de control o la energía suministrada a un calentador, por ejemplo. Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer un control diseñado para lo que requiera el proceso a realizar CONTROLADOR PID:

Funcionamiento Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un proceso o sistema se necesita, al menos: a)Un sensor, que determine el estado del sistema (ej sensores de temperatura, presión, caudal, humedad, etc) b)Un controlador, que genere la señal que gobierna al actuador. (ej sistema de control) c) Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada (servomecanismos, válvulas, bombas, motores, etc). ACTUADOR CONTROLADOR SENSOR

IMPLEMENTACIÓN CON OPERACIONALES: CONTROLADOR Implementamos la suma de las etapas proporcionales, integral y derivativa, usando los circuitos conocidos

IMPLEMENTACIÓN CON OPERACIONALES: