El amplificador operacional AMP OP

AMPLIFICADOR OPERACIONAL AMP OP – + + + + – – – – Entrada inversora Entrada no inversora + Tensiones en el amp op, e+ y e- son tensiones de entrada, y eo es la tensión de salida

– + + + + – – – CARACTERISTICAS IDEALES DEL AMP OP El voltaje entre las terminales + y – vale cero (tierra virtual o corto virtual La corriente entre + y – vale cero = Impedancia de entrada infinita. La impedancia de salida vale cero. Tiene una ganancia K que tiende a infinito. El voltaje entre las terminales + y – vale cero (tierra virtual o corto virtual) La corriente entre + y – vale cero = Impedancia de entrada infinita. La impedancia de salida vale cero. Tiene una ganancia K que tiende a infinito. K

– + + + + – – – ¿Por qué es tan importante el AMP OP? El AMP OP ofrece una forma conveniente de construir, implantar o realizar funciones de transferencia en el dominio de s o en el dominio del tiempo. En sistemas de control se emplean a menudo para implantar controladores obtenidos del proceso de diseño del sistema de control. Con el AMP OP es posible obtener funciones de transferencia de primer orden o de orden superior. K

Circuitos obtenidos a partir del AMP OP

Circuitos obtenidos a partir del AMP OP

Circuitos obtenidos a partir del AMP OP

Circuitos obtenidos a partir del AMP OP

Circuitos obtenidos a partir del AMP OP

Circuitos obtenidos a partir del AMP OP

Circuitos obtenidos a partir del AMP OP

Circuitos obtenidos a partir del AMP OP

Circuitos obtenidos a partir del AMP OP

Regresemos al PID: Cómo podemos obtenerlo con AMP OP

Circuitos obtenidos a partir del AMP OP

Circuitos obtenidos a partir del AMP OP COMPARADOR

Características del AMP OP Tensiones offset: En los amplificadores reales aparecen en su salida tensiones del orden de decenas a centenas de milivotios en ausencia de una señal de entrada. Causas: disimetrías en la etapa diferencial… Modelo de las tensiones offeset: tensión off-set de entrada o Vos (input offset voltage) ¿Cómo eliminar el offset? Se usan potenciómetros (offset null)

Características del AMP OP

Características del AMP OP

Características del AMP OP Modelo de las corrientes bias: IBIAS ¿Cómo reducir el efecto de la corriente bias? Usando amplificadores CMOS o FET, en lugar de BJT. Corriente bias o corrientes de polarización: Corriente necesaria para la operación de un AMP OP.

Características del AMP OP

Características del AMP OP

Características del AMP OP

Parámetros de frecuencia: Los AMP OP tienen alta ganancia y un gran ancho de banda; pero tienen tendencia a inestabilidad (polos en el lado derecho del plano complejo). Cómo se corrige la inestabilidad: se utilizan técnicas de compensación internas y/o externas que limitan su operación: Un capacitor para compensación, por ejemplo, puede provocar una drástica reducción de la frecuencia de corte.. Relación en el AMP OP: La ganancia multiplicada por la frecuencia de corte es igual a la frecuencia f1, siendo ésta el ancho de banda de ganancia unidad Características del AMP OP

Slew rate:. Refleja la capacidad del AMP OP para manejar señales variables en el tiempo. El SR se define como la máxima variación de la tensión de salida con el tiempo que puede proporcionar la etapa salida del AMP, se mide en V/?s. Efecto: Si hay un exceso sobre el valor del SR, el amplificador pierde sus características de linealidad y provoca distorsión en la señal que entrega. Características del AMP OP

Otros parámetros del AMP OP Rango de tensión de entrada:. Máxima tensión de entrada. Ej: 13 V. Máxima variación de rango de tensión de salida: o maximun peak output voltage swing. Máxima tensión esperada a la salida de el AMP, si su alimentación es de 15 V, su máxima tensión de salida es aproximadamente ± 14 V. Resistencia y capacitancia de entrada: (input resistance and capacitance). Resistencia y capacitancia equivalente de lazo abierto vista a través de los terminales de entrada del AMP. Ej 2M? y 1.4 ?F. Resistencia de salida: resistencia de salida del AMP que puede ser de unos 75 ?)

Otros parámetros del AMP OP Consumo de potencia: Potencia DC, para una alimentación de unos ±15 V, su valor es de 50 mW. Corriente de cortocircuito de salida: Corriente máxima de salida limitada por el dispositivo de protección; ej: 25 mA. Variación máxima de la tensión de salida: (output voltage swing). Es la amplitud pico-pico máxima que se puede conseguir sin que se produzca corte, para VCC = ±15 V, ésta es de ±13 V a ± 14 V.

Comparación de amplificadores operacionales

Configuraciones básicas

Acondicionamiento Lineal de Señales: Amplificador Inversor V+ está conectada a tierra (V+=0). (V+) ­ (V-)=0, la terminal inversora (negativa) esta al mismo potencial que la no-inversora y se denomina: tierra virtual. La corriente I1 se encuentra usando la ley de Ohm. La corriente I1 fluye solamente hacia R2. Esto es I1=I2. La resistencia presentada a Vi es R1. Entonces: (V-) = (V+) Vo = -(R2/R1) Vi I 1 = Vi R 1 I 2 = – Vo R 2 ü ý ï þ ï I 1 = I 2 Þ Vo = – R 2 R 1 æ è ö ø Vi

Acondicionamiento Lineal de Señales:Amplificador Sumador Sumador Inversor (V+) esta conectado a tierra, o (V+)=0. Debido a que (V-) = (V+), la señal inversora tiene un potencial de cero y se le denomina tierra virtual. Las corrientes I1, I2 e I3 se calculan usando la ley de Ohm.

Acondicionamiento Lineal de SeñalesAmplificador No Inversor Ahora (V+) está conectada a Vi. (V+) = (V-) = Vi De nuevo, la corriente I1 se calcula usando la ley de Ohm. I1 fluye a través de R2 e I1=I2. El circuito presenta una resistencia muy grande a Vi I 1 = – Vi R 1 I 2 = Vi – Vo R 2 ü ý ï þ ï I 1 = I 2 Þ Vo = 1 + R 2 R 1 æ è ö ø Vi

Acondicionamiento Lineal de SeñalesEl amplificador diferencial (V+) se obtiene de la división de voltajes: (V+) = [R2/(R2 + R1)]V2 Las corrientes IA e IB se calculan usando la ley de Ohm. IA = IB y (V+) = (V-) Vo se obtiene de una substitución sencilla. IA = V 1 – R 2 R 2 + R 1 V 2 R 1 IB = R 2 R 2 + R 1 V 2 – Vo R 2 ü ý ï ï þ ï ï IA = IB Þ Vo = R 2 R 1 V 2 – V 1 ( )

Acondicionamiento Lineal de Señales:Amplificador de Instrumentación Este amplificador es una herramienta poderosa para medir señales análogas de bajo nivel que se originan en sensores remotos y que se transmiten a través de un par de alambres.

Amplificador de Instrumentación Integrado Usando 3 amplificadores operacionales

Acondicionamiento Lineal de Señales:Circuito Integrador (V+) está conectado a tierra, (V+) = 0 Otra vez, (V-) = (V+) y la terminal inversora tiene un potencial de cero. IR se calcula usando la ley de Ohm. IR fluye a través de C. Esto es IR = Ic.

Convertidor de Voltaje a Corriente Convertidor del tipo V-I (carga flotada) (V+) esta conectado a Vi. (V-) = (V+), de tal forma que la terminal inversora tiene el mismo potencial que Vi. La corriente a través de R1 es IL. La corriente IL no depende de la resistencia RL. Notar que la carga esta flotada.

Otro convertidor de Voltaje a Corriente Convertidor V-I con carga aterrizada IL no depende de RL. Sólo depende de VIN y VREF. 1/R1 determina laconstante de proporcionalidad entre V y I. Notar que la carga esta referenciada a tierra. IL = 1 R 1 VIN – VREF ( )

Convertidor de Corriente a Voltaje Convertidor I-V inversor (V+) está conectado a tierra, o (V+) = 0 (V-) = (V+) = 0, La terminal inversora es tierra virtual I fluye solamente a través de R. R determina la constante de proporcionalidad entre la curriente y el voltaje.

Otro convertidor de corriente a voltaje Convertidor I-V no inversor Si R1 >> Rs, IL fluye casi totalmente a través de Rs.

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