clase so pam
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7/23/2019 Clase So Pam
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL AMP OP
-
+
+
+
+
-- -
e +e oe
- Entrada inversoraEntrada no inversora+
Tensiones en el amp op, e+y e-son tensiones de entrada, y
eoes la tensin de salida
e
-
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-+
+
+
+
-- -
CARACTERI!TICA! IDEALE! DEL AMP OP
e
+ =
ee
eK o
+e oe
El volta"e entre las terminales + y# vale $ero %tierra virtual o corto virtual
La $orriente entre + y# vale $ero & Impedancia de entrada infinita.
La impedancia de salida vale $ero.
Tiene 'na ganancia ( )'e tiende a infinito.
e
El volta"e entre las terminales + y# vale $ero %tierra virtual o corto virtual)
La $orriente entre + y# vale $ero & Impedancia de entrada infinita.
La impedancia de salida vale $ero.
Tiene 'na ganancia ( )'e tiende a infinito.
(
-
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-
++
+
+
-- -
*Por )' es tan importante el AMP OP
+e oe
El AMP OP ore$e 'na orma $onveniente de $onstr'ir, implantar o reali.ar
'n$iones de transeren$ia en el dominio de s o en el dominio del tiempo/
En sistemas de $ontrol se emplean a men'do para implantar
$ontroladores o0tenidos del pro$eso de dise1o del sistema de $ontrol/
Con el AMP OP es posi0le o0tener 'n$iones de transeren$ia de primer
orden o de orden s'perior/
e
(
-
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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP
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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP
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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP
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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP
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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP
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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP
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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP
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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP
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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP
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++= dt)t(eKdt)t(deK)t(eK)t(u IDp
Re2resemos al PID3 Cmo podemos o0tenerlo $on AMP OP
)s(E
s
K)s(sEK)s(EK)s(U IDp ++=
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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP
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Cir$'itos o0tenidos a partir del AMP OP
COMPARADOR
0inV refVinV VoutVentonces,inVSi 100
VoutVentonces,inVSi 100
VoutVentonces,refVinVSi 10
VoutVentonces,refVinVSi 0
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Cara$ter4sti$as del AMP OP
Tensiones oset3 En los amplificadores reales aparecen en susalida tensiones del orden de decenas a centenas de milivotios en
ausencia de una seal de entrada.
Ca'sas: disimetras en la etapa diferencial
Modelo de las tensiones oeset: tensin off-set deentrada o Vos(input offset voltage)
*Cmo eliminar el oset Se usan potencimetros(offset null)
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Cara$ter4sti$as del AMP OP
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Cara$ter4sti$as del AMP OP
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Cara$ter4sti$as del AMP OP
Modelo de las $orrientes 0ias:IBIAS
*Cmo red'$ir el ee$to de la
$orriente 0ias Usando amplificadoresC!S o "E#$ en lugar de %.
Corriente 0ias o $orrientes de polari.a$in3Corriente necesaria para la operacin de un ' !.
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Cara$ter4sti$as del AMP OP
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Cara$ter4sti$as del AMP OP
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Cara$ter4sti$as del AMP OP
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Par5metros de re$'en$ia3 os ' ! tienen altaganancia * un gran anc+o de ,anda- pero tienen tendencia a
inesta,ilidad (polos en el lado derec+o del plano compleo).
Cmo se $orri2e la inesta0ilidad: se utili/an t0cnicasde compensacin internas *1o e2ternas 3ue limitan su operacin: Un
capacitor para compensacin$ por eemplo$ puede provocar una
dr4stica reduccin de la frecuencia de corte..
Rela$in en el AMP OP: a ganancia multiplicada por lafrecuencia de corte es igual a la frecuencia f5$ siendo 0sta el anc+o de
,anda de ganancia unidad1fCfpK =
Cara$ter4sti$as del AMP OP
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!le6 rate3. 6eflea la capacidad del ' ! para manearseales varia,les en el tiempo. El S6 se define como la m42ima
variacin de la tensin de salida con el tiempo 3ue puede
proporcionar la etapa salida del '$ se mide en V1s.
Ee$to: Si +a* un e2ceso so,re el valor del S6$ el amplificadorpierde sus caractersticas de linealidad * provoca distorsin en laseal 3ue entrega.
t
oVSR
=
Cara$ter4sti$as del AMP OP
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!tros par4metros del ' !
Ran2o de tensin de entrada3. 42ima tensin de entrada. E:
57 V.
M57ima varia$in de ran2o de tensin de salida: o maximun
peak output voltage swing. 42ima tensin esperada a la salida
de el '$ si su alimentacin es de 58 V$ su m42ima tensin de
salida es apro2imadamente 9 5 V.
Resisten$ia y $apa$itan$ia de entrada3 (input resistance and
capacitance). 6esistencia * capacitancia e3uivalente de la/o
a,ierto vista a trav0s de los terminales de entrada del '. E
;* 5. ".Resisten$ia de salida3 resistencia de salida del ' 3ue puede
ser de unos
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!tros par4metros del ' !
Cons'mo de poten$ia3 otencia =C$ para una alimentacin de
unos 958 V$ su valor es de 8> m?.
Corriente de $orto$ir$'ito de salida3 Corriente m42ima de
salida limitada por el dispositivo de proteccin- e: ;8 m'.
8aria$in m57ima de la tensin de salida3 (output voltage
s@ing). Es la amplitud picoApico m42ima 3ue se puede conseguir
sin 3ue se produ/ca corte$ para VCC B 958 V$ 0sta es de 957 V
a 9 5 V.
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7/23/2019 Clase So Pam
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Comparacin de amplificadores
operacionales
ar4metro deal #ipo Velo/ %ao 6uido ;> ;8> 7>>Vdes (mV) > ; 5> 8
%? (F/) 5 eg G8 eg 5> egS6 (V1mseg) >.< 5>> 57C66 (d%) D> D> D>S66 (V1V) > 7> 7> 7>S66(d%) Hd%(V1V)I D> D> D>&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
-
7/23/2019 Clase So Pam
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Configuraciones ,4sicasTa0la 9/:3 Cara$ter4sti$as de las $oni2'ra$iones retroalimentadas
Amplii$ador no inversor Amplii$ador inversor
Rentrada
2 1R
GR
R Rmcen
F A+ RA
RsalidaR
R G
R R
sa
A
F A
1++
R
R G
R R
sa
A
F A
1++
An$;o
de
-
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A$ondi$ionamiento Lineal de
!e1ales3 Amplii$ador Inversor
L 8+ est5 $one$tada a tierra %8+&>?/
L %8+? %8-?&>, la terminal inversora %ne2ativa? esta al mismo
poten$ial )'e la no-inversora y se denomina3 tierra virt'al/
LLa $orriente I@ se en$'entra 'sando la ley de O;m/ La$orriente I@ l'ye solamente ;a$ia R:/ Esto es I@&I:/
L La resisten$ia presentada a 8i es R@/
L Enton$es3 %8-? & %8+? 8o & -%R:R@? 8i
5= Vi
65
; = Vo
6;
5= ; Vo =
6;
65
Vi
A di i i t Li l d
-
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A$ondi$ionamiento Lineal de
!e1ales3
Amplii$ador !'mador!'mador InversorL %8+? esta $one$tado a tierra, o %8+?&>/
L De0ido a )'e %8-? & %8+?, la se1al inversora tiene 'n
poten$ial de $ero y se le denomina tierra virt'al/L Las $orrientes I@, I: e I9 se $al$'lan 'sando la ley de
O;m/
C5= V565
C; = V ;
6;
C7 = Vo
67
C7 = C5+ C; Vo = 67
6;V; +
67
65V5
-
7/23/2019 Clase So Pam
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A$ondi$ionamiento Lineal de
!e1ales
Amplii$ador No InversorL A;ora %8+? est5 $one$tada a 8i/L %8+? & %8-? & 8i
L De n'evo, la $orriente I@ se $al$'la 'sando la
ley de O;m/ I@ l'ye a travs de R: e I@&I:/L El $ir$'ito presenta 'na resisten$ia m'y
2rande a 8i
5= Vi65
; =Vi Vo
6;
5= ; Vo = 5+6;
65
Vi
A$ondi$ionamiento Lineal de
-
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A$ondi$ionamiento Lineal de
!e1ales
El amplii$ador dieren$ialL %8+? se o0tiene de la divisin de volta"es3 %8+? & BR:%R: + R@?8:
L Las $orrientes IA e I< se $al$'lan 'sando la ley de
O;m/
L IA & I< y %8+? & %8-?
L 8o se o0tiene de 'na s'0stit'$in sen$illa/
IA=V1 R2
R2+R1V2
R1
IB=
R2
R2+R1V2Vo
R2
IA=IBVo=R2
R1V2V1( )
A$ondi$ionamiento Lineal de
-
7/23/2019 Clase So Pam
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A$ondi$ionamiento Lineal de
!e1ales3
Amplii$ador de Instr'menta$inL Este amplii$ador es 'na ;erramienta poderosa paramedir se1ales an5lo2as de 0a"o nivel )'e se ori2inan en
sensores remotos y )'e se transmiten a travs de 'n par
de alam0res/
-
7/23/2019 Clase So Pam
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Amplii$ador de Instr'menta$in
Inte2rado
sando 9 amplii$adores opera$ionales
A$ondi$ionamiento Lineal de
-
7/23/2019 Clase So Pam
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A$ondi$ionamiento Lineal de
!e1ales3
Cir$'ito Inte2radorL %8+? est5 $one$tado a tierra, %8+? & >L Otra ve., %8-? & %8+? y la terminal inversora tiene 'n
poten$ial de $ero/
L IR se $al$'la 'sando la ley de O;m/ IR l'ye a travs
de C/ Esto es IR & I$/
IR=Vi
R
Ic= CdVo
dt
IR=IcVo=
1
RCVi()d
-
7/23/2019 Clase So Pam
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Convertidor de 8olta"e a Corriente
Convertidor del tipo 8-I %$ar2a
lotada?L %8+? esta $one$tado a 8i/
L %8-? & %8+?, de tal orma )'e la terminal inversora
tiene el mismo poten$ial )'e 8i/
L La $orriente a travs de R@ es IL/ La $orriente IL
no depende de la resisten$ia RL/
L Notar )'e la $ar2a esta lotada/
-
7/23/2019 Clase So Pam
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Otro $onvertidor de 8olta"e a
Corriente
Convertidor 8-I $on $ar2a aterri.ada
L IL no depende de RL/ !lo depende de 8IN y 8REF/
L @R@ determina la$onstante de propor$ionalidad
entre 8 y I/
L Notar )'e la $ar2a esta reeren$iada a tierra/
IL= 1
R1VINVREF( )
-
7/23/2019 Clase So Pam
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Convertidor de Corriente a 8olta"e
Convertidor I-8 inversor
L %8+? est5 $one$tado a tierra, o %8+? & >
L %8-? & %8+? & >, La terminal inversora es tierra
virt'alL I l'ye solamente a travs de R/
L R determina la $onstante de
propor$ionalidad entre la $'rriente y el
volta"e/
-
7/23/2019 Clase So Pam
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Otro $onvertidor de $orriente a
volta"e
Convertidor I-8 no inversor
L !i R@ Rs, IL l'ye $asi totalmente a travs de Rs/
-
7/23/2019 Clase So Pam
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A$ondi$ionamiento Lineal3 E"emplo
L sando Amp/ Opera$ionales, dise1ar el si2'iente
$ir$'ito aritmti$o3
Solucin
L sar 'n amplii$ador s'mador $on entradas 8i y
8olts, a"'star la 2anan$ia a 9/G y @, respe$tivamente/
A$ondi$ionamiento Lineal de
-
7/23/2019 Clase So Pam
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A$ondi$ionamiento Lineal de
!e1ales3
E"emploL Dise1ar 'n $ir$'ito $on Amp/ Opera$ional )'e ten2a
'na 2anan$ia de G: y )'e ten2a 'na resisten$ia de
entrada m'y 2rande/
Solucin
L sar la $oni2'ra$in no inversora, ya )'e posee la
in;erente $ara$ter4sti$a de s' resisten$ia de entrada
2rande/
-
7/23/2019 Clase So Pam
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A$ondi$ionamiento Lineal de
!e1ales3 E"emploL Disear un circuito basado en amplificadores
operacionales que convierta un rango de
voltajes de 20 a 250 mV a un rango de 0 a 5 V.
A$ondi$ionamiento Lineal de
-
7/23/2019 Clase So Pam
43/88
A$ondi$ionamiento Lineal de
!e1ales
E"emploL Dise1ar 'n $ir$'ito 0asado en amplii$adores
opera$ionales para $onvertir'n ran2o de se1ales de
BG to :> mA a 'n ran2o de volta"e de B> to @> 8/
Solucin.
-
7/23/2019 Clase So Pam
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Amplii$adores Opera$ionales
ntroduccin a los amplificadores operacionales:
ndiceL ntroduccin
L 'plicaciones lineales ,4sicas
L 'daptador de nivelesL 'mplificadores de instrumentacin
L Conversin AV * VA
L =erivador e integrador
L 6esumen
-
7/23/2019 Clase So Pam
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Introd'$$in
L Circuito integrado de ,ao coste
L ultitud de aplicacionesL nimo nKmero de componentes discretos necesarios:
M Resisten$ias
M $ondensadores.
L 'plicaciones: C4lculo analgicoConvertidores VA e AV
'mplificadores nstrumentacin
"iltros 'ctivosAmplifcadorOperacional
AO
-
7/23/2019 Clase So Pam
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Con$eptos05si$os de AO
-
+ Vo
V1
V2
Vd
-
+
+Vcc
-Vcc
Vcc
Vcc
-VccVo+Vcc
'mplificador diferencial
#ensin de salida V>acotada
Amplificador de continua
Con$eptos 05si$os de AO %I?
-
7/23/2019 Clase So Pam
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Con$eptos 05si$os de AO %I?
Encapsulado:
Insercin SMD
Con$eptos 05si$os de AO %II?
-
7/23/2019 Clase So Pam
48/88
Con$eptos 05si$os de AO %II?
Circuito e3uivalente real
-
+
Vo
V1
V2
Vd
0!"#d
0!"#d #c$+
+
-
-
Ad"Vd
Ac"Vc #o
#d% Impedancia deen&rada di'erencial
#c$% Impedancia deen&rada de modo com(n
#o% Impedancia de salida
Ad% )anancia di'erencial
Ac% )anancia de modocom(n
Vo*Ad"Vd+Ac"Vc
Vd*V2-V1
Vc*,V1+V2.2
Con$eptos 05si$os de AO %III?
-
7/23/2019 Clase So Pam
49/88
Con$eptos 05si$os de AO %III?
Circuito e3uivalente ideal
#d% Infni&a#c$% Infni&a
#o% /ula
Ad% Infni&aAc% nula
Vo*Ad"Vd
Vd*V2-V1
-VccVo+Vcc
#ensin de salida V>acotada
-
+
Vo
V1
V2
Vd
+
-
Ad"Vd
+Vcc
-Vcc
C t 05 i d AO %I8?
-
7/23/2019 Clase So Pam
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Con$eptos 05si$os de AO %I8?
6ealimentacin negativa on Adfni&a
-
+ Vo
V1 V2
Vd
Vi
#2#1 i iVi+Vd=iR1
Vi-Vo=i(R1+R2)
Vo=AdVd
21
1d
1
2
i
o
RR
RA
11
1
R
R
V
V
+
+=
Con$eptos 05si$os del AO %8?
-
7/23/2019 Clase So Pam
51/88
Con$eptos 05si$os del AO %8?
1
2
i
o
R
R
V
V=
on Adfni&a
on Adinfni&a
21
1d
1
2
i
o
RR
RA
11
1
R
R
V
V
+
+
=
'mplificador de ganancia negativa
-
+ Vo
V1 V2
Vd
Vi
#2#1
Con$eptos 05si$os de AO %8I?
-
7/23/2019 Clase So Pam
52/88
Con$eptos 05si$os de AO %8I?
6ealimentacin negativa
A
N Vo
V5V
;
VdVi
6;65
0Vd=
Con 'dfinita
Con 'dinfinita
++
+
=
21
1d
21
2id
RRRA
11
11
RR
RVV
#ensin diferencial nula VdB>- V5BV;
Con$eptos 05si$os de AO %8II?
-
7/23/2019 Clase So Pam
53/88
Con$eptos 05si$os de AO %8II?
La tensin dieren$ial n'la 8d&> %8@&8:? y s' modo de
'n$ionamiento es linealsi3
AE7iste 'n $amino de $ir$'la$in de $orriente entre
la salida y la entrada inversora
AEl valor de la tensin de salida , 8o, no so0repasalos limites de la tensin de alimenta$in, H8$$
En $aso $ontrario3A8d> y por tanto s' modo de 'n$ionamiento es no
lineal
Con$eptos 05si$os de AO %8III?
-
7/23/2019 Clase So Pam
54/88
Con$eptos 05si$os de AO %8III?
1
2
i
o
R
R1
V
V+=
6ealimentacin negativa on Ad fni&a
on Ad infni&a
21
1d
1
2
i
o
RR
RA
11
1
R
R1
V
V
+
+
+=
'mplificador de ganancia positiva O 5
-
+ Vo
V1V2
Vd
Vi
#2#1
Con$eptos 05si$os de AO %IJ?
-
7/23/2019 Clase So Pam
55/88
Con$eptos 05si$os de AO %IJ?
P'nto de partida3 $ir$'ito lineal, 8d&>
-
+
Vo
Vi#
2
#1
Vd
-
+
Vo
Vi
#2
#1
Vd
i i i i
1
i
RVi=
20 RiV = 2i0 RiVV +=
+ - +-Vi0
1
2
i21
i
0 R
R
VRR
V
V ==
+=+= 12
i1
2
ii0 R
R
1VR
R
VVV
1
2
i
o
R
R1
V
V+=
1
2
i
o
R
R
V
V=
Apli$a$iones lineales 05si$as del AO
-
7/23/2019 Clase So Pam
56/88
Apli$a$iones lineales 05si$as del AO
3ue podemos 4acer con un AO5
Mul&iplicar por Vi",-1: am6iador si7no oin8ersor
-Mul&iplicar por Vi",-9 o Vi",1+9 am6iador de escala
-Mul&iplicar por Vi",1 Se7uidor de emisor
-am6iar el des'ase en&re la
en&rada salida am6iador de 'ase
-Sumar de &ensiones
,91"81+92;V2+
-
7/23/2019 Clase So Pam
57/88
Apli$a$iones lineales 05si$as del AO
1
2
i
o
vni Z
Z
1V
V
A +==
ACapacidad de reali/ar operaciones matem4ticas$ de a+ su
nom,re ('mplificador operacional)
1
2
i
ovi
Z
Z
V
V
A ==
'mplificador nversor 'mplificador no nversor
-
+
Vo
Vi=2=1
-
+
Vo
Vi
=2=1
Cam0iador de si2no o inversor
-
7/23/2019 Clase So Pam
58/88
Cam0iador de si2no o inversor
1
2
i
ovi
Z
Z
V
VA ==
-Si en el circui&o de la f7ura
=1*=2 en&onces:
- ircui&o in8ersor la
&ensin de salida es&>des'asada 1?0@ respec&o ala de en&rada
A8i*-1 es decir V0*-Vi-
+
Vo
Vi=2=1
Cam0iador de es$ala
-
7/23/2019 Clase So Pam
59/88
Cam0iador de es$ala
1
2
i
ovi
Z
Z
V
VA ==
-Si en el circui&o de la f7ura =2*9"=1
Jegativo
A8i*-9 es decir V0*-
9"Vi
-
+
Vo
Vi =2=1
C 0i d d l
-
7/23/2019 Clase So Pam
60/88
Cam0iador de es$ala
-Si en el circui&o de la f7ura =2*9"=1
1
2
i
ovni
Z
Z1
V
VA +==
ositivo
A8i*1+9 es decir
V0*,1+9"Vi
-
+
Vo
Vi
=2=1
!e2'idor de emisor
-
7/23/2019 Clase So Pam
61/88
1
2
i
ovni
Z
Z1
V
VA +==
!e2'idor de emisor-Si en el circui&o de la f7ura =1*
-Impedancia de salida nula
-Impedancia de en&radainfni&a
-
+
VoV
iA8ni*1
-
+
VoVi
=2=1
-
+
VoV
i
=2
!e2'idor de emisor
-
7/23/2019 Clase So Pam
62/88
!e2'idor de emisor
Eemplo de aplicacin: Adap&acin deimpedancias
Vau$#1*109
#e*100o4m
Vau$*1Vpp
V#e*001Vpp
-
+
VoVau$#1*109
#e*100o4m
Vau$*1Vpp
V#e*1Vpp
Cam0iador de ase
-
7/23/2019 Clase So Pam
63/88
Cam0iador de ase
( )
( )1
CR1
CR1
V
VA 2
2
i
ov =+ +==
-Si #2*#1
CRj1
CRj1
V
V
Ai
ov +
==-
+
VoVi
#2#1
#
( )
( ) )CR(arctg2A
)CR(arctg)CR(arctgA
v
v
+=+ =
-)anancia A8*1
-Des'ase
-Bara *c&e es 'uncin de #
!'mador %I?
-
7/23/2019 Clase So Pam
64/88
!' ado % ?
Sumador inversor
-
+
Vo
V1#C#1
#n
#2
Vn
V2
i
Vd
i nn
2
2
1
1
R
V
R
V
R
Vi +++=
Al ser Vd*0
omo Vo*-#C"i
+++= n
n
2
2
1
1
o VR
RVR
RVR
RV
Si #1*#2**#n
-Voes la com6inacin lineal
de las &ensiones de
en&rada:
Si #C1*#C2*
*#Cn
( )n2
1 VVV
n
1V +++=+
!'mador %III?
-
7/23/2019 Clase So Pam
66/88
% ?
Sumador no inversor
-
+
Vo
VC1
#C
#C1
#Cn
#C2
VCn
VC2
Vd
#
V+
( )n21 VVVn
1V +++=+
a &ensin V+ en 'uncin de &odas
las &ensiones de en&rada es:
F la &ensin de salida Vo es:
( )
++++=
R
R1VVV
n
1Vo n21
-Voes la com6inacin lineal
de las &ensiones deen&rada
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