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TEMA II
Electrónica Analógica
Electrónica II
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2 Electrónica Analógica
2.1 Amplificadores Operacionales.2.2 Aplicaciones de los Amplificadores Operacionales.2.3 Filtros.2.4 Transistores.
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Un poco de historia.Ideas básicas.Análisis de circuitos con realimentación negativa.
2.1 Amplificadores Operacionales
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El Amplificador Operacional
◊ El término “Amplificador Operacional” se debe a John Ragazzini, en un artículo publicado en 1947.
◊ “El Amp-Op es un amplificador cuya ganancia es tal que permite su uso para operaciones tales como la suma, derivación, integración, . . .”
◊ A la derecha el ordenador analógico que utilizaba para cálculos en aerodinámica
John Ragazzini
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Un poco de historia
◊ El amplificador operacional disfrutó de un gran éxito aunque tenía muchas desventajas.
◊ Este hecho condujo a fabricar un amplificador operacional mejorado, más barato y sencillo de usar: el 741
◊ Otros diseños del 741 son: el MC1741 deMotorola y el SN72741 de Texas Instruments.
◊ Para simplificar el nombre, la mayoría de la gente ha evitado los prefijos y a este amplificador operacional de gran uso se le llama simplemente 741
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Profesor García Santesmases
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Analizador Diferencial Analógico
◊ Abril de 1955 primer ordenador (analógico) español◊ Resolvía ecuaciones diferenciales lineales con coeficientes constantes
utilizando 16 amplificadores operacionales (basados en válvulas de vacio)
◊ Resolvía ecuaciones no lineales o con coeficientes variables utilizando un multiplicador-divisor a integraciones periódicas y otro basado en la diferencia de cuadrados
◊ Tenía un generador de funciones que empleaba diodos (válvulas) para generar curvas por sucesión de tramos rectos.
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◊ 180 cm de alto◊ 160 cm de ancho◊ 60 cm de profundidad
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Instituto de Electricidad y Automática (1953) Centro de Cálculo (1969)
◊ Inauguración del centro de Cálculo
◊ 7 de marzo de 1969
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Ideas básicas
◊ Símbolo de un amplificador operacional: los pines 4 y 11 son de alimentación, los pines 2 y 3 son las entradas y el 1 es la salida.
◊ Es una cuarta parte del LM324 ya que vienen 4 amplificadores operacionales en un mismo circuito integrado.
◊ A la entrada que tiene el signo + se le llama entrada no inversora, y a la que tiene el signo - entrada inversora.
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Ideas básicas
◊ Realizan operaciones matemáticas, como sumadores, diferenciadores, integradores, comparadores...
◊ Se puede alimentar con tensión sencilla o simétrica:
◊ Tensión sencilla: dos cables, uno positivo y el otro masa (por ejemplo a 12 voltios).
◊ Tensión simétrica: alimentar el circuito con tres cables, el positivo, el de masa y el negativo, con la misma tensión que el positivo pero negativa (por ejemplo ±12).
◊ Si en la salida queremos obtener tensiones:
Positivas y negativas -> alimentación simétrica.Solo positivas -> alimentación simple.
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Análisis de circuitos
◊ Al analizar circuitos con operacionales se dice que la corriente por las entradas inversora y no inversora del operacional es cero.
◊ El funcionamiento del amplificador operacional depende del resto del circuito.
◊ El amplificador operacional "lee" la tensión en la entrada no inversora, "le resta" la tensión de la entrada inversora, el resultado lo multiplica por un número muy grande y eso lo saca por la salida.
◊ La tensión de salida no puede ser mayor que la de alimentación.
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Análisis de circuitos con realimentación negativa
Cuando parte de la salida del circuito o toda se reconduce a la entrada inversora.
La tensión en la entrada no inversora es igual a la de la entrada inversora. La tensión de salida será igual a la tensión de entrada (Vin=Vout).
A este circuito se le llama "seguidor de tensión" .
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Análisis de circuitos.Amplificador inversor
◊ Se añade una resistencia R1 desde la entrada + a masa y realimentación negativa mediante una resistencia R2. La entrada – se conecta mediante R3:
◊ La corriente que entra por cualquiera de las dos entradas del operacional es cero:◊ No circulará corriente por R1 ◊ La tensión en la entrada + será 0 (V=I*R1=0*R1=0).
Es lo mismo que si conectáramos la entrada + a masa directamente, pero se pone una resistencia porque el circuito trabaja mejor.
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Análisis de circuitos.Amplificador inversor
◊ Todas las corrientes y tensiones del circuito:
◊ Primero se haya la corriente de entrada I1:
◊ Para ello se tiene en cuenta la tensión a la que esta sometida R3. Que será Vin-0=Vin:
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Análisis de circuitos.Amplificador inversor
◊ Por la entrada del operacional no va corriente -> I2 = I1
◊ Igualando I2 e I1: El circuito tiene una ganancia (Av)negativa de -(R2/R3):
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Análisis de circuitos.Amplificador inversor
Aplicación práctica:
En este circuito la Av = - 56K / 27K = -2,07
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Análisis de circuitos con realimentación negativa
La entrada Vi entra directamente por la entrada no inversora del amplificador operacional (entrada +). La realimentación negativa por medio de la resistencia R1:
Ahora se halla la relación entra la salida y la entrada.
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Análisis de circuitos con realimentación negativa
I1 es igual a I2: Así que no tenemos mas que calcular las dos por separado y luego igualarlas:
Tensión de R2 = Vi
Tensión de R1 = Vo-Vi
Este circuito tiene una ganancia en tensión Av = 1 + R1 / R2
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Análisis de circuitos.Amplificador no inversor
Aplicación práctica:
En este circuito la Av = 1+ 47K/33K = 2,42
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Resumen
Amplificador Inversor Amplificador NO Inversor
Ganancia
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2 Electrónica Analógica
2.1 Amplificadores Operacionales.2.2 Aplicaciones de los Amplificadores Operacionales.2.3 Filtros.2.4 Transistores.
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Sumador InversorSumador no inversorComparador Integrador Diferenciador
2.2 Aplicaciones de los Amplificadores
Operacionales
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Sumador Inversor
V1 y V2 representan las señales de entrada. El circuito se analiza igual que el amplificador inversor con la diferencia que aquí la I3 es la suma de las corrientes I1 e I2:
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Sumador Inversor
Calculamos I1: Calculamos I2:
I3 = I1 + I2:
Además:
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Sumador InversorAplicación práctica: mezclador de audio
Las dos entradas (V1 y V2) pasan antes de ser mezcladas por sendos amplificadores inversores de ganancia variable.
La ganancia de V1 será, Av1= -(R3 / R1). Como R1 es 10K y R3 puede variar entre 0 y 10K, la ganancia de V1 variará entre 0 y -1.
Se puede variar el volumen de la entrada V1 desde 0 hasta el mismo nivel de entrada.
Y lo mismo pasa con V2.
Y después está el mezclador. Con todas las resistencias iguales, tendrá una ganancia fija de -1.
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Sumador no Inversor
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Comparador
* Cuando la tensión de la entrada no inversora (entrada +) es mayor que la de la entrada inversora (entrada -) el comparador produce una tensión de salida de nivel alto.
* Cuando la tensión de entrada no inversora es menor que la de la entrada inversora, el comparador produce una tensión de salida de nivel bajo.
Vin>0 => Vout>0Vin<0 => Vout<0
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Comparador.Ejemplo
La corriente que entra al operacional es 0
Si Vin > Vref: La tensión de salida estará a nivel alto (cercano a 12 voltios) Si Vin < Vref: La tensión de salida estará a nivel bajo (cercano a 0 voltios)
El operacional se utiliza en lazo abierto (ganancia máxima)
Vout = A(V+ – V-)
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Integrador
La onda de salida es distinta en forma a la de entrada:
Re = R1
Vc
V = Vs
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integrador
◊ Si el integrador recibe como entrada una onda cuadrada, responde con una onda triangular
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Diferenciador
La onda de salida es distinta en forma a la de entrada: