amplificadores operacionales

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6 - URE (5/2004) 1.- INTRODUCCIÓN Los amplificadores de tensión normalmente tienen como entra- da un solo voltaje que se mide con respecto a algún punto de re- ferencia, el cual suele ser tierra. Algunos amplificadores tienen dos entradas en lugar de una y producen una salida proporcional a la diferencia entre los voltajes de estas entradas. Estos amplifi- cadores reciben el nombre de amplificadores diferenciales. Como la tensión de salida de un amplificador diferencial es proporcional a la diferencia entre las dos señales de entrada, si se aplica el mismo voltaje a ambas entradas no habrá salida. Los vol- tajes que son comunes a ambas entradas reciben el nombre de señales en modo común, y la ca- pacidad de un amplificador para rechazar tales señales de entra- da se conoce como su rechazo en modo común. La capacidad de un amplifica- dor para rechazar señales en mo- do común y responder únicamen- te a las señales en modo dife- rencial suele ser muy útil. Consi- deremos un sensor, por ejemplo un micrófono, conectado a un amplificador de una sola entrada mediante un cable largo. Cual- quier cable largo capta interferen- cia electromagnética y ésta se añade inevitablemente en forma de ruido a la señal que viene del sensor. Este ruido se amplifica junto con la señal deseada y por lo tanto aparece en la salida. Si este sensor se conecta me- diante un cable de doble conduc- tor a las entradas de un amplifi- cador diferencial, de nuevo el ca- ble resultará afectado por el rui- do, pero en este caso, debido a la proximidad de los dos cables (que se mantienen lo más cerca posible uno de otro), el ruido re- cogido por cada cable será casi idéntico. Por lo tanto, en el am- plificador este ruido aparece co- mo una señal en modo común y se ignora. La señal proveniente del sensor es una señal en modo diferencial y se amplifica y aplica a la carga. La capacidad de los amplifica- dores diferenciales para rechazar las señales en modo común los hace muy útiles en un gran nú- mero de aplicaciones. Un tipo común de amplificador diferencial es el amplificador ope- racional, llamado así porque su primer uso fue en los primitivos ordenadores analógicos donde realizaba las “operaciones” arit- méticas. 2.- EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL El símbolo del amplificador operacional lo podemos ver en la figura número uno. Las dos en- tradas están marcadas "+" y "-“. La primera recibe el nombre de entrada no inversora debido a que un voltaje positivo sobre és- ta con respecto a la otra entrada, ocasionará que la salida se haga positiva. La segunda recibe el nombre de entrada inversora, pues un voltaje positivo sobre és- ta con respecto a la otra entrada, ocasionará que la salida sea ne- gativa. Si la diferencia entre los voltajes sobre los dos terminales de entrada se toma como el vol- taje de entrada, el funcionamien- to del amplificador diferencial es idéntico al del amplificador de una sola entrada antes mencio- nado. En efecto, si la entrada in- versora se conecta a tierra (cero voltios) y la señal a amplificar se aplica a la entrada no inversora, el dispositivo actúa exactamente como un amplificador de una so- la entrada. Sin embargo, los am- plificadores diferenciales tienen varias características útiles que veremos más adelante. Cuando analizamos un amplifi- cador de voltaje, concluimos que es deseable que tenga una alta impedancia de entrada, para no cargar la fuente de señal, y una baja impedancia de salida, para poder alimentar cualquier carga. En general, los amplificadores operacionales se consideran am- plificadores de voltaje, por lo tan- to, resulta útil en este punto establecer las características de un amplificador operacio- nal ideal. Por todo lo anterior podemos concluir que un amplificador opera- cional ideal debe te- ner una resistencia de entrada infinita, una resistencia de sa- lida cero y una ganancia de volta- je infinita. Está claro que ningún amplificador operacional real puede lograr estas característi- cas ideales, aunque en muchos casos su funcionamiento es tal que puede despreciarse la des- viación que presentan de los dis- positivos ideales. En las siguien- tes líneas veremos las principa- les características de algunos dispositivos típicos. AMPLIFICADORES OPERACIONALES Técnica y Divulgación Figura nº 1: Símbolo del amplificador diferencial. Figura nº 2: Ganancia del 741. Figura nº 4: Operacional doble. Figura nº 3: Operacional sencillo.

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libro complementado al tema de amplificadores operacionales y amplificadores de audio, herramienta para aquel estudiante que necesite ayuda con los problemas cotidianos en la electronica

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  • 6 - URE (5/2004)

    1.- INTRODUCCINLos amplificadores de tensin

    normalmente tienen como entra-da un solo voltaje que se midecon respecto a algn punto de re-ferencia, el cual suele ser tierra.Algunos amplificadores tienendos entradas en lugar de una yproducen una salida proporcionala la diferencia entre los voltajesde estas entradas. Estos amplifi-cadores reciben el nombre deamplificadores diferenciales.

    Como la tensin de salida deun amplificador diferencial esproporcional a la diferencia entrelas dos seales de entrada, si seaplica el mismo voltaje a ambasentradas no habr salida. Los vol-tajes que son comunes a ambasentradas reciben el nombre deseales en modo comn, y la ca-pacidad de un amplificador pararechazar tales seales de entra-da se conoce como su rechazoen modo comn.

    La capacidad de un amplifica-dor para rechazar seales en mo-do comn y responder nicamen-te a las seales en modo dife-rencial suele ser muy til. Consi-deremos un sensor, por ejemploun micrfono, conectado a unamplificador de una sola entradamediante un cable largo. Cual-quier cable largo capta interferen-cia electromagntica y sta seaade inevitablemente en formade ruido a la seal que viene delsensor. Este ruido se amplificajunto con la seal deseada y porlo tanto aparece en la salida.

    Si este sensor se conecta me-diante un cable de doble conduc-tor a las entradas de un amplifi-cador diferencial, de nuevo el ca-ble resultar afectado por el rui-do, pero en este caso, debido ala proximidad de los dos cables(que se mantienen lo ms cercaposible uno de otro), el ruido re-cogido por cada cable ser casiidntico. Por lo tanto, en el am-plificador este ruido aparece co-mo una seal en modo comn yse ignora. La seal provenientedel sensor es una seal en mododiferencial y se amplifica y aplicaa la carga.

    La capacidad de los amplifica-dores diferenciales para rechazarlas seales en modo comn loshace muy tiles en un gran n-mero de aplicaciones.

    Un tipo comn de amplificadordiferencial es el amplificador ope-racional, llamado as porque suprimer uso fue en los primitivosordenadores analgicos donderealizaba las operaciones arit-mticas.

    2.- EL AMPLIFICADOROPERACIONAL

    El smbolo del amplificadoroperacional lo podemos ver en lafigura nmero uno. Las dos en-tradas estn marcadas "+" y "-.La primera recibe el nombre deentrada no inversora debido aque un voltaje positivo sobre s-ta con respecto a la otra entrada,ocasionar que la salida se hagapositiva. La segunda recibe elnombre de entrada inversora,pues un voltaje positivo sobre s-ta con respecto a la otra entrada,ocasionar que la salida sea ne-gativa. Si la diferencia entre losvoltajes sobre los dos terminalesde entrada se toma como el vol-taje de entrada, el funcionamien-to del amplificador diferencial esidntico al del amplificador deuna sola entrada antes mencio-nado. En efecto, si la entrada in-versora se conecta a tierra (cerovoltios) y la seal a amplificar seaplica a la entrada no inversora,el dispositivo acta exactamentecomo un amplificador de una so-la entrada. Sin embargo, los am-plificadores diferenciales tienenvarias caractersticas tiles queveremos ms adelante.

    Cuando analizamos un amplifi-cador de voltaje, concluimos quees deseable que tenga una altaimpedancia de entrada, para nocargar la fuente de seal, y unabaja impedancia de salida, parapoder alimentar cualquier carga.En general, los amplificadoresoperacionales se consideran am-plificadores de voltaje, por lo tan-

    to, resulta til en estepunto establecer lascaractersticas de unamplificador operacio-nal ideal.

    Por todo lo anteriorpodemos concluir queun amplificador opera-cional ideal debe te-ner una resistenciade entrada infinita,una resistencia de sa-

    lida cero y una ganancia de volta-je infinita. Est claro que ningnamplificador operacional realpuede lograr estas caractersti-cas ideales, aunque en muchoscasos su funcionamiento es talque puede despreciarse la des-viacin que presentan de los dis-positivos ideales. En las siguien-tes lneas veremos las principa-les caractersticas de algunosdispositivos tpicos.

    AMPLIFICADORES OPERACIONALESTcnica y D

    ivulgaci

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    Figura n 1: Smbolo del amplificador diferencial.

    Figura n 2: Ganancia del 741.

    Figura n 4: Operacional doble.

    Figura n 3: Operacional sencillo.

    AdministradorPuertas Abiertas

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    3.- AMPLIFICADOR OPERACIONAL 741Los amplificadores operaciona-

    les se construyen mediante la fa-bricacin de todos los componen-tes necesarios sobre un solo chipde silicio para formar un circuitointegrado monoltico. Los amplifi-cadores operacionales se cons-truyen usando distintas tecnolog-as, cada una de las cuales tienesu propio conjunto de caracters-ticas. Parte de la tarea del dise-ador es elegir una familia dedispositivos apropiada para unaaplicacin dada.

    Uno de los amplificadores ope-racionales para uso general msutilizado y mejor conocido es el741. Sus circuitos internos con-sisten en unos veinte transisto-res bipolares as como un ciertonmero de resistencias y conden-sadores. Aunque todava es co-mn en aplicaciones generales,el 741 es un dispositivo bastanteantiguo y los diseos modernospara uso general son superioresen muchas reas. As mismo,otras tecnologas tienen caracte-rsticas particulares que las ha-cen ms adecuadas para ciertasclases de aplicaciones. Tales ca-ractersticas podran incluir unaalta impedancia de entrada, bajoconsumo de energa o la capaci-dad para funcionar con tensionesde alimentacin muy bajas.

    3.1.- Ganancia de tensinNingn amplificador operacio-

    nal real tiene una ganancia infini-ta. El 741 tiene una gananciaaproximada de 106 dB. La mayo-ra de los dispositivos modernostienen ganancias en el intervalode 90 a 135 dB, pero existen dis-

    positivos con ganancias de 150dB o superiores. En muchos ca-sos las ganancias de voltaje delos operacionales son lo bastan-te altas como para considerarlas"suficientemente altas", y por lotanto se tratan como si fueran in-finitas. Por desgracia, uno de losproblemas que presentan todoslos amplificadores operacionaleses que la ganancia, aunque seaalta, es variable en extremo entredispositivos. Esto significa queaun los dispositivos provenientesde los mismos lotes pueden te-ner ganancias que varen por unfactor de dos o ms. La gananciatambin vara con la temperaturay con la frecuencia. La gananciadel amplificador en ausencia decualquier circuito externo a me-nudo recibe el nombre de ganan-cia en lazo abierto.

    3.2.- Resistencia de entradaLa resistencia de entrada tpi-

    ca de un 741 es de 2 Mohm, pe-ro una vez ms esta cantidad va-ra en forma considerable entredispositivos y puede ser tan bajacomo 300 Kohm. Este valor esdemasiado bajo para los moder-nos amplificadores operaciona-les y no es infrecuente que losdispositivos que (como el 741)usan transistores bipolares ten-gan resistencias internas de 80Mohm o ms. En muchas aplica-ciones este valor ser muy gran-de en comparacin con la resis-tencia de fuente, y puede consi-derarse que es lo bastante altocomo para despreciar los efectosde carga. En aplicaciones en lasque se requieren resistencias deentrada ms altas, es necesario

    utilizar dispositivos que empleantransistores de efecto de campo(FET, field-effect transistors) ensus etapas de entrada. Por lo ge-neral stos tienen resistenciasde entrada de 10 elevado a 12ohmios, es decir, un milln demegohmios. En estos casos, lamayor parte de las veces se pue-den ignorar los efectos de carga.

    3.3.- Resistencia de salidaEl 741 tiene una resistencia de

    salida tpica de 75 ohmios, valornormal para los amplificadoresoperacionales de transistores bi-polares. Algunos diseos de bajapotencia tienen resistencias desalida mucho ms altas, quizhasta de varios miles de ohmios.A menudo, un aspecto de mayorimportancia que la resistencia desalida del dispositivo es la co-rriente mxima que puede pro-porcionar. El 741 entrega 20 mA,tomando en cuenta que los valo-res en el intervalo de 10 a 20 mAson tpicos para los operaciona-les de uso general. Algunos dis-positivos especiales de alta po-tencia pueden entregar corrien-tes de salida de un amperio oms.

    3.4.- Margen dinmicoCon cifras de ganancia de va-

    rios cientos de miles, pareceraque si se aplicara 1 voltio a la en-trada de un amplificador opera-cional, apareceran varios milesde voltios en la salida. Sin em-bargo, en la prctica el voltaje desalida est limitado por la fuentede alimentacin. La mayora delos operacionales basados entransistores bipolares (como el741) producen un cambio mxi-

    mo de voltaje de salida que es unpoco menor que el voltaje de ali-mentacin. Un amplificador co-nectado a una fuente de alimen-tacin de 15 V (valores tpicos),podra producir un margen din-mico de salida de aproximada-mente 13 V. Los operacionalesbasados en transistores de efec-to de campo a menudo puedenproducir un margen dinmico desalida que se acerca mucho aambos voltajes de alimentacin.

    3.5.- Voltajes de alimentacinEl uso de voltajes de alimenta-

    cin de +15 V y -15 V es tpico enun amplificador operacional, aun-que por lo general es posible unamplio intervalo de voltajes sim-tricos. El 741, por ejemplo, sepuede usar con voltajes de ali-mentacin en el intervalo de 5 Va 18 V. Algunos dispositivospermiten el uso de voltajes msaltos, quiz de hasta 30 V,mientras que otros estn disea-dos para funcionar a bajo voltaje,quiz de hasta 1.5 V.

    Muchos amplificadores pue-den funcionar a partir de una so-la fuente de alimentacin, lo quepuede ser conveniente en algu-nas aplicaciones. Los voltajes t-picos para una sola fuente pue-den estar entre 4 y 30 V, aunqueexisten dispositivos que funcio-nan hasta con 1 V o menos.

    3.6.- Rechazo en modo comnUn amplificador operacional

    ideal no responde a las sealesen modo comn. En la prctica,los voltajes en modo comn afec-tan un poco a todos los amplifi-cadores, aunque en los buenosamplificadores el efecto es muy

    Figura n 5: Operacional cudruple. Figura n 6: Oscilador.

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    pequeo. Una medida de la ca-pacidad de un dispositivo para ig-norar las seales en modo co-mn es su relacin de rechazo enmodo comn o CMRR (commonmode rejection ratio). Se trata dela relacin de la respuesta produ-cida por una seal en modo dife-rencial a la respuesta producidapor una seal en modo comndel mismo valor. La relacin sue-le expresarse en decibelios. Losvalores tpicos de la CMRR paralos amplificadores operacionalesde uso general se encuentran en-tre 80 y 120 dB. Los dispositivosde alto rendimiento pueden tenerrelaciones de hasta 160 dB oms. El 741 tiene una CMRR tpi-ca de 90 dB.

    3.7.- Corriente de polarizacinde entrada

    Para que el amplificador opera-cional funcione de manera co-rrecta, se requiere una pequeacorriente de entrada en cada ter-minal de entrada. Esta corrienterecibe el nombre de corriente depolarizacin de entrada y debe

    provenir de circuitos externos. Lapolaridad de esta corriente de-pender de los circuitos de entra-da que se usen en el amplifica-dor.

    La corriente por los dos termi-nales de entrada del amplificadorser aproximadamente igual y lacorriente de polarizacin de en-trada se definir como su valorpromedio. Los valores tpicos pa-ra esta corriente, en operaciona-les bipolares, fluctan entre unoscuantos microamperios hastaunos cuantos nanoamperios omenos. Para el 741, el valor tpi-co es de 80 nA. Los amplificado-res operacionales basados enFET tienen corrientes de polariza-cin de entrada mucho menores,con valores comunes de unoscuantos picoamperios y hasta demenos de un femtoamperio.

    La presencia de las corrientesde polarizacin de entrada oca-siona cadas de tensin en las re-sistencias conectadas a las ter-minales de entrada del amplifica-dor, y puede conducir a impreci-

    siones si no se toman en cuentadichas cadas. Esto se complicacon el hecho de que en la prcti-ca las corrientes de polarizacinde cada terminal no son idnti-cas. La diferencia entre estasdos corrientes recibe el nombrede corriente de desplazamientode entrada offset y en general tie-ne un orden de magnitud menorque el de la corriente de polariza-cin de entrada. El 741 tiene porlo general un orden de magnitudcercano a los 10 nA.

    3.8.- Voltaje de desplazamien-to (off-set)

    Tericamente, si el voltaje deentrada del amplificador es cero,la salida tambin ser cero. En laprctica no es as. Los transisto-res y dems componentes deloperacional no estn apareadosen forma precisa, y por lo generalexiste un ligero error que actacomo una fuente de voltaje aa-dida a la entrada. Esto se deno-mina voltaje de entrada offset yse define como el pequeo volta-je que se requiere en la entrada

    para hacer que la salida sea ce-ro.

    El voltaje offset de entrada dela mayora de los operacionalesse encuentra por lo general en elintervalo de unos cuantos cientosde microvoltios hasta unos cuan-tos milivoltios. Para el 741 el va-lor tpico es de 2 mV. Esto puedeno parecer muy importante, perohay que recordar que se trata deun voltaje aadido a la entrada yque, por lo tanto, resulta multipli-cado por la ganancia del amplifi-cador. Por fortuna, el voltaje off-set es casi constante y, en con-secuencia, se pueden reducir susefectos mediante la sustraccinde un voltaje apropiado en la en-trada. El 741, al igual que mu-chos amplificadores operaciona-les, proporciona conexiones parapermitir que un potencimetro ex-terno "ajuste" el offset a cero. Al-gunos amplificadores reciben unajuste con lser durante su fabri-cacin a fin de producir un volta-je offset muy bajo sin la necesi-dad de un ajuste manual. Por

    Figura n 7: Esquema general.

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    desgracia, el voltaje offsetde entrada vara con la tem-peratura, lo que hace impo-sible eliminar por completolos efectos del voltaje offsetslo con el ajuste.

    3.9.- Respuesta de fre-cuencia

    Los operacionales sonamplificadores acopladossin condensadores de pasoy por lo tanto no tienen fre-cuencia inferior de corte, esdecir, pueden amplificar ten-siones continuas. La ganan-cia en lazo abierto mencio-nada anteriormente es la ga-nancia del amplificador paralas tensiones continuas.

    Todos los amplificadorestienen una frecuencia decorte superior, y quiz se po-dra imaginar que para quefueran tiles en general, losamplificadores operaciona-les requeriran frecuenciasde corte superiores muy al-tas. De hecho no es as, yen muchos dispositivos laganancia comienza a caerpor encima de unos cuantoshertzios. La figura nmerodos muestra la respuesta en fre-cuencia tpica para el operacional741.

    El valor de la ganancia del am-plificador es constante desdecontinua hasta unos cuantoshertzios. Por encima de esta fre-cuencia cae de manera estable a6 dB/octava hasta que llega a launidad en 1 MHz, aproximada-mente. Por encima de esta fre-cuencia la ganancia cae de ma-nera ms rpida. El diseador in-troduce de manera intencional lafrecuencia de corte superior paraasegurar que la cada de la ga-nancia est determinada por unasola constante de tiempo. Estoasegura que el ngulo de fase en-tre la entrada y la salida se man-tenga muy por debajo de los 180grados hasta que la ganancia ha-ya cado por debajo de la unidad,consideracin muy importante enla estabilidad del amplificador.

    Los amplificadores que inclu-yen esta frecuencia de corte paraasegurar su estabilidad se identi-fican como amplificadores concompensacin interna. Otros dis-positivos no incluyen esta carac-terstica y dejan al criterio del di-

    seador la adicin de componen-tes externos para ajustar la res-puesta en frecuencia a las nece-sidades de la aplicacin.

    El intervalo de frecuencias deun amplificador operacional porlo general se describe como lafrecuencia en la que la gananciacae a la unidad o como su anchode banda de ganancia unidad. Es-te ltimo es el ancho de bandaen el cual la ganancia es mayorque la unidad, y est claro quepara un amplificador operacionalestas dos medidas son iguales.En la figura nmero dos se puedever que el 741 tiene un ancho debanda de alrededor de 1 MHz.Los valores tpicos para otros am-plificadores operacionales varande unos cuantos kilohertzios has-ta unas cuantas decenas de me-gahertzios. Sin embargo, un dis-positivo de alta velocidad puedetener un ancho de banda de va-rios gigahertzios.

    3.10.- RuidoTodos los amplificadores ope-

    racionales introducen ruido enlas seales que pasan a travsde ellos. El ruido es generado porvarios fenmenos. Parte de l es

    el producido por la agitacin elec-trnica debida a la temperatura.

    Los componentes del ruido ge-nerados por estos diversos fen-menos tienen diferentes caracte-rsticas de frecuencia. Algunosproducen en esencia ruido blan-co, que tiene la misma densidadde potencia en todas las frecuen-cias (es decir, la potencia de rui-do dentro de un ancho de bandadado es igual en todas las fre-cuencias). Otros producen mspotencia en algunas zonas delespectro de frecuencia que enotras. Es por esto que resulta di-fcil describir con precisin el rui-do de un dispositivo dado sin es-pecificar el intervalo de frecuen-cias sobre el cual se est usan-do. Sin embargo, para muchasaplicaciones resulta adecuadauna medida menos rigurosa, y lamayora de los fabricantes pro-porcionan una sola cifra para ca-racterizar el ruido generado por eldispositivo sobre su intervalo nor-mal de funcionamiento. Es evi-dente que como existe ruido entodas las frecuencias, la canti-dad de ruido detectada depende-r del ancho de banda en el que

    se hagan las mediciones. De-bido a ello, las caractersti-cas del ruido global se pue-den describir mediante la es-pecificacin de la potenciade ruido presente en un an-cho de banda dado. De he-cho, a menudo es ms con-veniente conocer el voltajedel ruido que la potencia delruido, ya que ste es propor-cional a la raz cuadrada dela potencia del ruido. Los fa-bricantes suelen proporcio-nar una cifra que indica elvoltaje eficaz del ruido dividi-do por la raz cuadrada delancho de banda de la medi-cin.

    3.11.- Circuitos integra-dos

    La mayora de los amplifi-cadores operacionales se fa-brican en circuitos integradosque contienen, por lo gene-ral, uno, dos o cuatro amplifi-cadores. La figura nmerotres muestra el encapsuladode un operacional sencillo,en la figura nmero cuatropodemos ver un operacional

    doble, mientras que la figura n-mero cinco nos muestra un ope-racional cudruple.

    Los terminales de los circuitosintegrados estn numerados ensentido contrario a las agujas delreloj si se les ve desde arriba (ellado opuesto a los terminales).La orientacin del dispositivo seindica mediante una muesca enun extremo del encapsulado omediante un punto al lado del ter-minal nmero uno, o de ambasmaneras. La etiqueta "NC" en unterminal representa una "no co-nexin", -V indica la conexin a laalimentacin negativa y +V, a laalimentacin positiva. Algunosdispositivos tienen entradas de"anulacin offset" que se puedenutilizar para eliminar los efectosde un voltaje de offset. Los cir-cuitos que se requieren para es-ta funcin de anulacin difierende un dispositivo a otro.

    4.- COMPROBADORLos operacionales se utilizan

    ampliamente en circuitos de bajafrecuencia y video frecuencia. Enaplicaciones de radio frecuenciase utilizan preferiblemente tran-sistores debido a su mayor ancho

    Figura n 9: Disposicin de los componentes.

    Figura n 8: Circuito impreso.

  • URE (5/2004) - 11

    de banda y menor precio.En la construccin de equipos

    y circuitos para el cuarto de la ra-dio podemos utilizar ventajosa-mente los operacionales. No va-mos a describir las innumera-bles aplicaciones de los opera-cionales, lo cual sera muy ex-tenso. Existe mucha literatura alrespecto en libros y revistas,donde podr dirigirse el lector in-teresado en estos temas.

    Durante la puesta en marchade un determinado circuito cons-truido con operacionales, nosencontramos a veces con dificul-tades y no sabemos exactamen-te cual es el componente defec-tuoso. En estas ocasiones esdeseable disponer de un dispo-sitivo que nos permita compro-bar el estado de los amplificado-res operacionales. En las si-guientes lneas se describe unsencillo comprobador construidocon elementos comunes de fcilobtencin. Con l podemos com-probar la mayora de los opera-cionales sencillos, dobles y cu-druples, bipolares y FET.

    4.1.- EsquemaPara comprobar el estado de

    un amplificador operacional sim-plemente debemos construir unoscilador cuyo elemento activosea el propio operacional. Si elcircuito oscila es seal del buenestado del amplificador. En casocontrario lo ms probable esque el operacional sea defectuo-so. En la figura nmero seis po-demos ver el circuito de un osci-lador elemental con un amplifi-cador operacional. Las resisten-cias R1 y R2 forman un divisorde tensin que polariza la entra-da no inversora para que el am-plificador pueda funcionar conuna tensin de alimentacinsencilla.

    La resistencia R3 y el conden-sador C1 forman la constante detiempo que determina la fre-cuencia de oscilacin del circui-to. La resistencia R4 proporcio-na la realimentacin positiva pa-ra el mantenimiento de la osci-lacin. Como la ganancia es muyelevada, en la salida del opera-cional tendremos una onda cua-drada, que a travs de la resis-tencia R5 har parpadear el dio-do LED1. Si el operacional esdefectuoso, el diodo LED puede

    permanecer apagado o encendi-do, pero no parpadear.

    Como el comprobador debepoder funcionar con operaciona-les sencillos, dobles o cudru-ples, es necesario construir sie-te osciladores iguales. En la fi-gura nmero siete podemos verel esquema general del compro-bador, donde se han separadopor lneas de puntos las distin-tas secciones correspondientesa los operacionales operaciona-les sencillos, dobles o cudru-ples. La alimentacin se hacecon 12 voltios de continua y elconsumo es muy reducido, deunos 50 mA o menos.

    4.2.- Circuito impresoPara la construccin del com-

    probador utilizaremos el circuitoimpreso cuyo diseo se puedever en la figura nmero ocho. Enla figura nmero nueve tenemosla disposicin de los componen-tes. Los componentes necesa-rios para la construccin del com-probador son los siguientes:

    Adems de los componentescitados, se necesitan unos zca-los de 8 y 14 patillas, ocho em-bellecedores para los diodos LEDy una caja de plstico. La utiliza-da en el prototipo tiene unas me-didas exteriores de 105 mm x 59mm x 39 mm. Los diodos LED uti-lizados en el prototipo tienen undimetro de 3 mm y son de dis-tintos colores, rojo para el indica-

    dor de alimentacin y amarillo yverdes el resto.

    4.3.- MontajeUna vez en posesin de los

    distintos componentes y de laplaca de circuito impreso, proce-deremos al montaje del compro-bador. Como es habitual, comen-zaremos montando las resisten-cias, a continuacin los conden-sadores y el resto de los compo-

    Figura n 10: Circuito montado.

    Figura n 11: Situacin de los taladros.

    Figura n 12: Taladros de la caja.

    A1 741A2A 1458A2B 1458A3A 324A3B 324A3C 324A3D 324C10 1FC11 10FC20 1FC21 10FC30 1FC40 1FC50 1FC60 1FC61 10FC70 1FF1 0,1ALED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8R01 820R10 100KR11 100KR12 120KR13 100KR14 680

    R20 100KR21 100KR22 120KR23 100KR24 680R30 100KR31 100KR32 120KR33 100KR34 680R40 100KR41 100KR42 120KR43 100KR44 680R50 100KR51 100KR52 120KR53 100KR54 680R60 100KR61 100KR62 120KR63 100KR64 680R71 100KR72 100KR73 120KR74 100KR75 680S1 1?ON

  • 12 - URE (5/2004)

    nentes. El interruptor de encendi-do va directamente soldado al cir-cuito impreso. En la figura nme-ro diez tenemos el circuito impre-so con los componentes instala-dos, excepto los diodos LED. Elportafusible se monta por la par-te del cobre para su mejor susti-tucin en caso de avera.

    A continuacin procederemosal mecanizado de la tapa de lacaja de plstico, sobre la que irsujeto el circuito. Hay que realizartres ventanas rectangulares paralos zcalos de los integrados,ocho taladros para los diodosLED y otro taladro para el inte-rruptor de encendido. La posicinde los distintos taladros se pue-de ver en la plantilla de la figuranmero once. En la figura nme-ro doce tenemos la caja perfora-da, Sobre esta tapa colocaremoslos tres zcalos que irn pegadoscon unas gotas de pegamento ti-po Loctite o similar.

    La fijacin del circuito impresose realiza mediante el interruptorde encendido y unos zcalos quecolocaremos sobre los que estnsoldados en el circuito impreso.Dependiendo del tipo de zcaloutilizado ser preciso utilizar unnmero determinado de zcalos,los suficientes para salvar la al-tura de los condensadores elec-trolticos, tal como se puede veren la figura nmero trece. Antesde pegar los tres zcalos prepa-raremos un embellecedor para latapa de la caja. El diseo de esteembellecedor lo tenemos en la fi-gura nmero catorce. Sus medi-das son de 102 mm x 56 mm.Esta cartula se ha realizado so-bre papel fotogrfico en una im-presora de chorro de tinta. Des-pus se ha fijado a la caja conpegamento de contacto tipo Su-pergen o similar. Una vez seco elpegamento, recortaremos con un

    cutter las tres ventanas de loszcalos y con una lima redondafina repasaremos el resto de lostaladros. A continuacin ya pode-mos pegar los tres zcalos.

    Una vez que han secado todoslos pegamentos procederemos almontaje final del comprobador.Colocaremos los diodos LED ensus lugares correspondientes,poniendo mucho cuidado en sucorrecta posicin, ya que una vez

    todo montado es un poco difcilsu desmontaje. Colocaremos elcircuito impreso en su posicinintercalando los zcalos necesa-rios para su correcta posicin eintroduciendo los terminales delos diodos LED en sus taladroscorrespondientes. En el lateral iz-quierdo de la caja haremos unpequeo taladro por donde pasa-remos el cable de alimentacin.En las figuras nmeros quince,

    diecisis y diecisiete podemosver el montaje del circuito sobrela tapa de la caja. Por ltimo, enla figura nmero dieciocho pode-mos ver el comprobador termina-do y funcionando.

    4.4.- OperacinUna vez completado el monta-

    je insertaremos los tres circuitosintegrados, 741, 1458 y 324 ensus zcalos correspondientes yconectaremos el comprobador auna fuente de 12 voltios. Accio-naremos el interruptor de encen-dido y si todo es correcto, los dio-dos LED parpadearn indicandoun funcionamiento correcto delos osciladores. A continuacinya podemos efectuar la compro-bacin de otros integrados, te-niendo siempre la precaucin deinsertarlo y extraerlos con el com-probador apagado, para evitar suposible deterioro.

    Antes de insertar un determi-nado integrado es preciso cercio-rarse que el patillaje correspondea los indicados, ya que existenoperacionales construidos conun patillaje distinto.

    Algunos operacionales que sehan comprobado con este dispo-sitivo son los siguientes:

    SIMPLELM741LM307CA3130

    DOBLE LM1458TL062TL082

    CUDRUPLELM324TL074TL084

    5.- RESUMENEn el presente artculo se ha

    dado un repaso a las principalescaractersticas de los amplifica-dores operacionales y se ha des-

    Figura n 13: Zcalos suplementarios. Figura n 14: Cartula.

    Figuras n 15, 16 y 17: Situacin del circuito impreso.

    Tcnica y D

    ivulgaci

    n

  • URE (5/2004) - 13

    crito la construccin de un com-probador elemental para estosdispositivos. El lector interesadoen este tema podr obtener in-formacin ms completa en laabundante literatura editada entoda clase de revistas y otras pu-blicaciones.

    Durante la reproduccin en larevista de las plantillas y cartu-las es posible que haya peque-as variaciones en sus dimensio-nes, por tanto el autor enviar loscorrespondientes ficheros grficoa quien lo solicite.

    El montaje descrito en el pre-sente artculo no ha sido probadoen grandes series y, por tanto, nose tiene certeza de que su fun-cionamiento sea 100% correcto.Solamente se describe la cons-truccin y el funcionamiento delprototipo.

    El autor no se hace responsa-ble de posibles derechos de co-pia. La informacin para la reali-zacin de este montaje procedede diversas publicaciones, li-bros, revistas, etc., as cmo delos propios conocimientos delautor.

    El autor no se hace responsa-ble de posibles daos y/o perjui-cios causados por la construc-cin y/o uso de este dispositivo,daos personales o muerte, da-os a la propiedad, daos al me-dio ambiente, lucro cesante, per-dida total o parcial de datos in-formticos o cualquier tipo dedao que se pudiera derivar delmontaje y/o uso de este disposi-

    tivo. No se aconseja el uso de este

    dispositivo en aplicaciones crti-cas, cmo son control de maqui-naria peligrosa, control de nave-gacin o trfico, maquinaria demantenimiento de vida o siste-mas cuyo mal funcionamientopueda provocar causas o efectosanteriormente mencionados. Es-te dispositivo no es tolerante afallos.

    El autor declina cualquier res-ponsabilidad, ni se hace respon-sable de no mencionar a los due-os de las posibles patentes queaqu se pudieran reflejar.

    El dispositivo descrito en elpresente artculo es un montajeexperimental, cuyo propsito esel estudio de los diferentes as-pectos de la Electrnica, por tan-to, no est destinado a su utili-zacin industrial ni para su ex-plotacin comercial en cualquie-ra de sus facetas.

    El autor no efecta ninguna ac-tividad comercial relacionadacon este u otros montajes publi-cados en esta u otras revistas opublicaciones de cualquier tipo.

    Por ltimo indicar que el pre-sente artculo y todos los publi-cados hasta el momento en larevista "RADIOAFICIONADOS",estn recopilados en un CD-ROMa disposicin de quien lo solici-te. Se incluyen todos los textosen formato Word, as como lasfotografas, dibujos, grficos,plantillas de circuitos impresos,

    etc. As mismo se incluye en es-te CD-ROM un programa para vi-sualizar los textos de los artcu-los en el caso de que no se ten-ga instalado el programa MICRO-SOFT WORD. Tambin se incluyeun programa para visualizar e im-primir todos los ficheros grfi-cos. Este programa funciona di-rectamente desde el CD, por loque no es necesario instalar na-da en el ordenador.

    Aunque se ha intentado pro-porcionar todos los detalles ne-cesarios para la realizacin delproyecto, es posible que algnaspecto no haya quedado sufi-cientemente desarrollado. Comoes natural, con mucho gusto elautor dar cumplida informacinsobre cualquier detalle no espe-cificado, o cualquier punto enparticular que no haya quedadocompletamente explicado. Buenasuerte a todos.

    Luis Snchez Prez. EA4NHApartado 421, 45080-TOLEDO

    Tlf. 925-353-466www.ea4nh.com

    E-mail: [email protected]

    Figura n 18: Comprobador terminado.

    AdministradorPuertas Abiertas