Diseño, simulación e implementación de circuitos con amplificadores operacionales
Enviado por Diego Moreno • 1 de Mayo de 2020 • Tareas • 1.721 Palabras (7 Páginas) • 233 Visitas
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Diseño, simulación e implementación de circuitos con amplificadores operacionales.
Resumen—Para esta práctica de laboratorio se implementaron diversos circuitos con amplificadores operacionales , donde se evaluaron las diferentes formas de análisis y sobre todo la utilidad e importancia de dicho elemento.
Palabras clave— transistor operacional, sumador, diseño, amplificadores operacionales, ponderado, inversor, transductores y señales.
Introducción
La electrónica mejoro gracias a la implementación de los amplificadores operacionales como un dispositivo construido con tubos de vacío, como parte de las primeras computadoras analógicas dentro de las cuales ejecutaban operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.), de lo cual se originó el nombre por el cual se le conoce. basado en tecnología bipolar, el cual se convirtió en estándar de la industria electrónica.
marco teórico
Los amplificadores operacionales (OpAmps) son dispositivos analógicos (conformados por transistores) que permiten implementar cualquier tipo de operación entre señales en este dominio. El símbolo del OpAmp se presenta en la figura 1 junto a las consideraciones ideales en sus terminales. Idealmente un OpAmp tiene corrientes de entrada nulas debido a que estos terminales se encuentran ligados a la puerta de transistores de efecto de campo o la base de transistores bipolares, por otro lado, la diferencia de tensión entre las entradas es cero. Como se puede observar, el OpAmp comúnmente consta de cinco terminales principales, dos terminales de entrada (una entrada inversora (-) y una no-inversora (+)), un terminal de salida, y dos terminales de alimentación (Vsupply).
[pic 1]
Una de las ventajas de este dispositivo es que sus principales características ideales son aproximadas a las reales presentes en OpAmps comerciales, por lo tanto, en muchos casos realizar análisis de circuitos considerando estos dispositivos como ideales conlleva a resultados bastante aproximados en su implementación.
Configuraciones básicas de circuitos con OpAmps
Con amplificadores operacionales es posible realizar cualquier tipo de operación entre señales dependiendo de la conexión de estos junto a otros dispositivos pasivos y activos. De acuerdo a la disposición de las señales de entrada, las configuraciones de circuitos con OpAmps se clasifican como inversoras, no-inversoras y diferenciales.
Configuración´ n inversora
Configuración donde la entrada de señal se encuentra en el terminal inversor, el terminal no inversor se encuentra a tierra, y como consecuencia la señal de salida se encuentra desfasada 180° respecto a la entrada. Con esta configuración se implementan sumadores ponderados, multiplicadores, integradores y derivadores, entre otros. En la figura 2 se pueden observar los ejemplos de un sumador ponderado y un integrador.
[pic 2]
El sumador ponderado de la figura 2(a) tiene una salida en función de las entradas que pueden ponderarse de acuerdo con los valores de resistencias usados.
[pic 3]
El circuito de figura 2(b) permite integrar la señal y multiplicarla por una constante de acuerdo con (2).
[pic 4]
Por otro lado, el circuito de la figura 2(c) permite derivar la señal de entrada y multiplicarla por una constante de acuerdo con la expresión (3).
[pic 5]
Configuración´ n no-inversora
Configuración donde la entrada de señal se encuentra en el terminal no-inversor, el terminal inversor se encuentra a tierra, y como consecuencia la señal de salida se encuentra en fase con la señal de entrada. Con esta configuración se pueden imple- mentar seguidores y algunos circuitos similares a los implementados con la configuración inversora. En la figura 3 se pueden observar los ejemplos de un amplificador no-inversor básico y un seguidor.
El circuito de la figura 3(a) permite multiplicar la señal de entrada por una constante que depende de los valores de R1 y R2.
[pic 6]
El circuito de la figura 3(b) es un seguidor de tensión ya que las señales de entrada y salida son iguales (Vout = Vin), y se usa comúnmente como buffer.
Configuración diferencial
Resulta de la combinación de las configuraciones anteriores (hay señales de entra- da en ambos terminales), sin embargo, tiene características propias dado que los OpAmps fueron creados para amplificar señales diferenciales y cancelar señales de modo común. En la figura 4 se presenta un ejemplo de amplificador diferencial.
[pic 7]
Para el circuito de la figura si R1 = R3 y R2 = R4 la señal de salida depende de la diferencia entre las señales de entrada de acuerdo con la ecuación (5).
[pic 8]
Circuitos especiales con OpAmps
Además de las configuraciones básicas mencionadas anteriormente, pueden imple- mentarse una gran cantidad de circuitos usando amplificadores operacionales con di- versas aplicaciones en sensoria, sistemas de control, comunicaciones y bioingeniería. A continuación, se presentarán brevemente tres de estos circuitos como es el caso de los comparadores, las fuentes de corriente y los conversores digital-analógico (DAC).
Comparador
La comparación de señales es la principal aplicación en la cual se encuentra un amplificador operacional en lazo abierto. Un comparador es un circuito que se encarga de determinar si una señal es mayor o menor que otra en un determinado instante de tiempo. De acuerdo con el circuito de la figura 5(a) y como se puede observar en la figura 5(b), si la entrada V1 es mayor a V2, la diferencia V1-V2 es mayor a uno y la salida tomará el valor de la tensión de alimentación positiva (VSS), ya que la ganancia en lazo abierto de un OpAmp es muy alta al punto que puede considerarse infinita. Por otro lado, si V1 es menor a V2, la diferencia de estos dos señarles es negativa y por lo tanto la salida se saturará en la tensión de alimentación negativa.
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