Tema 6

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

1

1.-

Introducción. 1.1.- Símbolos y terminales del amplificador operacional. 1.2.- El amplificador p operacional p como amplificador p de tensión. 1.3.- Conceptos básicos de realimentación. 1.4.- El amplificador operacional realimentado.

2.-

El amplificador operacional ideal. 2.1.- Características del amplificador operacional ideal. 2.2.- Resolución de circuitos con amplificadores operacionales ideales. 2.3.- Circuitos típicos con amplificadores operacionales ideales.

3.-

Ejemplos de amplificadores operacionales.

1.- Introducción. 1.1.- Símbolos y terminales del amplificador.

Vi  V   V 

A



VO  A  Vi  A V   V 

Entrada no inversora

Entrada inversora

V    VO  Si V  cte   V   VO 

 V   VO  Si V  cte   V   VO 



2



Vo Vi



Tema 6.- El Amplificador Operacional

1.- Introducción. 1.2.- El amplificador operacional como amplificador de tensión.

  RL Ri    A V  VS  VO  RL R R R R   O L i S VO  A V  Vi   RO  RL

Vi 

Ri VS Ri  RS

RO  RL



Ri  RS



RL  1  RO  RL    VO  A V  VS Ri  1  Ri  RS En un amplificador de tensión interesa:

Baja Ro Alta Ri Alta Av 3

Tema 6.- El Amplificador Operacional

1.- Introducción. 1.3.- Conceptos básicos de realimentación. Amplificador no realimentado

A

So Si

Amplificador realimentado

SO  A  Se Se  Si  Sf Sf  f  SO

Af 

4

   SO  A  Si  f  SO      SO 1  A  f   A  Si  

SO A  Si 1  A  f

Tema 6.- El Amplificador Operacional

1.- Introducción. SO A Af   Si 1  A  f

Si A·f > 0  Realimentación negativa • Estabiliza • Disminuye la ganancia Si A·f < 0  Realimentación positiva • Inestabiliza I t bili • Aumenta la ganancia

5

Tema 6.- El Amplificador Operacional

1.- Introducción.

Realimentación negativa

6

Realimentación positiva

Tema 6.- El Amplificador Operacional

2.- El Amplificador Operacional Ideal.

Características principales: •Impedancia de entrada infinita Ri   •Impedancia de salida nula

Ro  0

•Ganancia diferencial infinita

AV  

•Margen dinámico

 Vcc

•CMRR CMRR iinfinito fi it

7

Tema 6.- El Amplificador Operacional

2.- El Amplificador Operacional Ideal.

Características secundarias: •Anchura de banda infinita •Tensión de offset nula •Corrientes de polarización nulas •Ruido nulo •Tiempo Ti d conmutación de t ió nulo l

8

Tema 6.- El Amplificador Operacional

2.- El Amplificador Operacional Ideal. 2.2.- Resolución de circuitos. Realimentación negativa

AV  

vO  A V V   V 





vO  valor finito

     V V 0 

AV  

 V  V 

vO AV

V  V Entrada en cortocircuito virtual

Hipótesis válida únicamente en la zona lineal (AmOp no saturado)

Ri   IB  IB  0

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Tema 6.- El Amplificador Operacional

2.- El Amplificador Operacional Ideal. 2.2.- Resolución de circuitos. Realimentación positiva o amplificador sin realimentar La tensión de salida Vo sólo puede adoptar dos valores  Vcc VO    Vcc

Ri   IB  I B  0

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Tema 6.- El Amplificador Operacional

Amplificador de Tensión Inversor.

vi  0 vi  R1 R1

    i1  i 2 0  vO  vO  i2   R2 R 2  i1 



Características como Amplificador de tensión:

v  v



v  0

i B  i B  0



i1  i 2

vi  v O  R1 R 2

AV  Zi 

vO  

R2 vi R1

vO R  2 vi R1

vi  R1 i1

ZO  0 11

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Amplificador de Tensión no Inversor.

0  vi  vi   R1 R1   i1  i 2 v  vO  i2  i  R2

i1 



v  v



v  0

i B  i B  0



i1  i 2

 vi vi  v O  R1 R2

Características como Amplificador de tensión: AV  Zi 

 R  v O   1  2  vi  R1 

vO R  11  2 vi R1

vi vi   i B 0

ZO  0 12

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Amplificador de Tensión Diferencial. v  v i B  i B  0

v1  v   i1   R1     v  vO  i1  R 2 

v  R 4  i2   v2   i2  R 3  R 4 

v1  v  v   vO  R1 R2

R2 R1 R vO   v 2  2  v1 R R1 1 3 R4 1

v  v



 v 

R4 v2 R3  R4

R2 R1  v1   vO R1  R 2 R1  R 2

Si se cumple

vO 

13

v 

R2 R4  R1 R 3 R2   v 2  v1  R1

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Sumador Inversor.

i1 

v1 R1

i2 

v2 R2

i3 

v3 R3

i

 vO R

v  v



v  0

i B  i B  0



i  i1  i 2  i3

   v v1 v 2 v3     O  i  i1  i 2  i3 R1 R 2 R 3 R     R  R R vO     v1   v2   v3   R R R 2 3  1     La tensión de salida es una combinación li lineal l de d las l tensiones t i de d entrada. t d En el caso particular que R  R1  R 2  R 3

14

v0    v1  v 2  v3 

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Sumador no Inversor. v  v



vB  vA

i B  i B  0



i1  i 2  i3  0

  v1  v A v 2  v A v3  v A  i1  i 2  i3  0    0 R R R 1 2 3 v  vA  i2  2  R2 v1 v 2 v3  1 1 1         vA  R1 R 2 R 3  R1 R 2 R 3  v  vA i3  3  R3  R v1 v 2 v3  1 1 1  R v  vO B      vO  R  R´ R1 R 2 R 3  R1 R 2 R 3  R  R´ i1 

R1  R 2  R 3  R´´ Si  R '  2R 15

v1  v A R1

1 3 R  v1  v2  v3    vO R´´ R´´ 3R

vO  v1  v 2  v3

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Seguidor de tensión. v  v

Ejemplo de aplicación vO 



v O  vi

RL vS R L  RS

Si R S  R L

 vO 

1 v RS S 1 RL

 v O  vS

 v O  vS

v O  vS

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Tema 6.- El Amplificador Operacional

Convertidor Tensión - Corriente.

v  v i B  i B  0

     v  v  vS 

v  vS i   f RL  R1 R1

La corriente por la resistencia es independiente del valor de la misma.

17

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Convertidor Corriente - Tensión.

v  v i B

 i B

0

   

v O   R 1  iS

La tensión en la resistencia es independiente del valor de la misma.

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Tema 6.- El Amplificador Operacional

Integrador.



v v I B  0

dv vi  C O R dt



1 dvO   vi dt RC







v 0



i1  i 2

1 vO  vO (0)  RC

  

i1 

vi R

i 2  C 

ddvO dt

t

 v dt 0

i

Para establecer las condiciones iniciales:

19

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Diferenciador.



v v I B  0

vO dv  C i R dt







v 0



i1  i 2

vO   RC 

vO  RC 

20



  

dvi dt v i2  O R i1  C

dvi dt

ddvi dt

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Diodo de precisión.

Diodo en corte

I B  0 

vO  0  v A  v´ A  vi  vO    vC  vO

v D  V v D  v A  vC

vi 

Diodo en conducción

21

v  v



i0 v i O RL

    

V A

A   

  Avi  V 

vi  0

v O  vi

vO  0  vO  0  RL

vi  0

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Diodo de precisión. En resumen

Si

vi  0

vO  0

Si

vi  0

v O  vi

Diodo de precisión

Diodo normal

22

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Comparador.

Es un circuito sin realimentación

 Vcc VO    Vcc

23

Si

vi  0,

V  V

 vO   VCC

Si

vi  0,

V  V

 vO  VCC

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Disparador (Trigger) de Schmitt.

Si

vi  v 

 vO  VCC

Si

vi  v 

 vO   VCC

v   VR 

R2  vO  VR  R 2  R1

Si v O   VCC  v   VR 

R2  VCC  VR   V1 R 2  R1

Si v O   VCC  v   VR 

R2  VCC  VR   V2 R 2  R1

24

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Amplificador Operacional LM 741

+

25

Tema 6.- El Amplificador Operacional

Circuitería Interna LM 741 +Vcc 7 V+ 3

V2

Output 6

1 Ajuste Offset

26

5 Ajuste Offset

4 -Vcc Tema 6.- El Amplificador Operacional