Fundamentos teóricos del amplificador operacional

INDICE

I.        INTRODUCCIÓN        3

II.        FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL        3

a.        Definición y Concepto General        3

III.        CARACTERÍSTICAS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL        4

a.        Principios de Operación:        4

b.        Símbolos y terminales del amplificador operacional        4

c.        Parámetros Fundamentales        5

i.        Ganancia de voltaje en Lazo Abierto:        5

ii.        Impedancia de Entrada:        5

iii.        Impedancia de Salida        6

iv.        Ancho de Banda Infinito        6

v.        Tiempo de Respuesta Instantáneo        6

vi.        Relación de rechazo en modo común infinita (CMRR)        6

vii.        Offset de entrada nulo        6

d.        Reglas de oro del Amplificador Operacional Ideal.        6

i.        Primera regla: Corrientes de entrada Nulas.        6

ii.        Segunda regla: Voltaje de entrada iguales en condiciones de retroalimentación        7

IV.        CONFIGURACIONES BÁSICAS CON RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA (LAZO CERRADO)        8

a.        Amplificador Inversor        8

i.        Análisis teórico y deducción de la ganancia        9

ii.        Impedancia de entrada y salida        9

b.        Amplificador No Inversor        9

i.        Análisis teórico y deducción de la ganancia        9

ii.        Seguidor de voltaje (Buffer)        10

iii.        Impedancia de entrada y salida        10

c.        Amplificador Diferencial        10

d.        Amplificador Sumador:        11

V.        CIRCUITOS DE PROCESAMIENTO DE SEÑALES        12

a.        Filtros Activos:        12

i.        Filtros pasa-bajas Los filtros paso bajo permiten el paso de señales por debajo de una frecuencia de corte (banda de paso) y atenúan señales por encima de la frecuencia de corte (banda de atenuación), producen cambios lentos en los valores de salida para facilitar la observación de tendencias y aumentar la proporción de señal a ruido con una degradación mínima de la señal.        12

ii.        Filtros pasa-altas        12

iii.        Filtros pasa-banda        13

b.        Integradores y Derivadores        13

i.        Integrador        13

ii.        Derivador        15

c.        Generadores de Formas de Onda        16

VI.        CONVERTIDORES DE DATOS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES        17

a.        Convertidores Digital-Analógico (DAC)        17

b.        Convertidores Analógico-Digital (ADC)        18

VII.        APLICACIONES EN SISTEMAS DE CONTROL        18

VIII.        LIMITACIONES Y CONSIDERACIONES PRÁCTICAS        19

A.        Limitaciones        19

B.        Consideraciones Prácticas        20

IX.        TENDENCIAS FUTURAS Y TECNOLOGIAS EMERGENTES        20

X.        TENDENCIAS FUTURAS Y TECNOLOGIAS EMERGENTES        21

XI.        CONCLUSIONES        22

XII.        REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICA        22

1. INTRODUCCIÓN

1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

1. Definición y Concepto General

El amplificador operacional (abreviado como amp op o op-amp) es un dispositivo electrónico analógico diseñado para amplificar la diferencia de voltaje entre dos entradas, conocidas como entrada no inversora (+) y entrada inversora (–). Su salida se encuentra determinada por la ganancia del dispositivo y la diferencia de voltajes entre sus entradas.

Surgió como concepto en 1947 como parte de las primeras computadoras analógicas. Fue en 1964 que Robert John Widlar creó el primer amplificador operacional como circuito integrado

Es un componente fundamental en circuitos electrónicos debido a su versatilidad: puede realizar operaciones matemáticas como suma, resta, integración, derivación y filtrado, lo que le da el nombre de operacional, ya que originalmente fue diseñado para realizar operaciones en las ya mencionadas computadoras analógicas.

Su símbolo habitual es un triángulo con las entradas + (no inversora) y – (inversora) en la base y la salida en el vértice. El 741 es un ejemplo clásico de op-amp, aunque hoy existen versiones mucho más modernas y de mayor desempeño.

[pic 1]

1. CARACTERÍSTICAS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL

1. Principios de Operación:

Internamente, un amplificador operacional contiene varias etapas:

• Una etapa diferencial de entrada, que compara las señales aplicadas a las dos entradas.
• Una etapa de ganancia de voltaje, que amplifica la señal diferencial.
• Una etapa de salida, que proporciona la señal amplificada con baja impedancia para poder alimentar otras cargas o circuitos.

1. Símbolos y terminales del amplificador operacional

Desde el punto de vista de una señal, el Amp. Op. tiene tres terminales: dos terminales de entrada y un terminal de salida.

        [pic 2]

La ecuación ideal que gobierna el comportamiento del amplificador operacional es la siguiente:

[pic 3]

Pero, a su vez podemos simplificar:

[pic 4]

Siendo  la tensión de entrada diferencial, así quedando:[pic 5]

[pic 6]

en la cual “A” representa la ganancia del dispositivo cuando no hay realimentación, condición conocida también como "lazo abierto".

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