Amplificadores Operacionales

AMPLIFICADORES OPERACIONALES.

Son circuitos integrados con un nivel de componentes y estructura interna complicada por lo que los vamos a estudiar desde fuera como cajas negras. Su símbolo es el siguiente:

La alimentación del circuito se realiza por medio de dos fuentes de alimentación (alimentación simétrica). Como se aprecia en la figura 2, el terminal de referencia de tensiones (masa) no está conectado directamente al amplificador operacional. La referencia de tensiones debe realizarse a través de elementos externos al operacional tales como resistencias.

Tienen dos entradas la - que se denomina “inversora” y la + que se denomina “no inversora” y una salida Vo. Se alimentan a través de dos terminales uno con tensión positiva +V y otro con tensión negativa -V. Adicionalmente pueden tener otros terminales específicos para compensación de frecuencia, corrección de derivas de corriente continua etc.

Se encuentran integrados de forma que en una pastilla puede haber 1, 2 ó 4 OP (amplificadores operacionales). En el caso de 4 el número de patillas mínimo es 3x4(I/O)+2(alim)=14. Son muy baratos (más que muchos transistores).

Existen varios modelos de OP. Vamos a estudiar en primer lugar el IDEAL. Es un modelo simplificado que se adapta bien al comportamiento real. Sin embargo a veces necesitaremos aproximarnos más con lo que describiremos el modelo REAL que es el ideal más una serie de imperfecciones.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL.

En el modelo de amplificador ideal, la salida del amplificador se obtiene a través de la expresión:

Vo =A(V+ −V−)=AVd (1)

Esta expresión nos dice que la salida del amplificador es directamente proporcional a la diferencia de potencial Vd en la entrada. Designaremos a la constante de proporcionalidad A como GANANCIA EN LAZO ABIERTO. Con esta definición podemos decir también que el amplificador operacional es DIFERENCIAL ya que la salida depende de la diferencia de tensión en sus entradas.

A es una constante para cada amplificador y sus valores son muy altos (>200000 para amplificadores reales). En lazo abierto significa que es la ganancia del propio dispositivo sin conectar a nada.

Propiedades del amplificador operacional ideal

1.La ganancia en lazo abierto A es infinita

2.Las resistencias que se ven desde cada uno de los terminales

de entrada son infinitas o, lo que es lo mismo, las

intensidades de entrada I- e I+ son nulas.

3.La impedancia de carga de un circuito conectado en cascada con

el OP no influye en la tensión de salida: V0 ≠ f (ZL ). Esto significa que, si tenemos el equivalente del amplificador de la forma:

Fig. 1-3

V=ZL AV 0R+Zd

Por tanto para que se cumpla la condición de que V0 ≠ f (ZL ) tiene

que ser Ro = 0es decir la impedancia de salida del OP es nula. 4.Es un amplificador de corriente continua y alterna

5.Es capaz de amplificar la señal de entrada independientemente

de su frecuencia. El ancho de banda es por tanto infinito.

Por la primera propiedad, tendríamos que si A es infinito como Vd es un valor finito debería ser Vo infinito. Como esto no

puede ser debe ocurrir que Vd = 0 es decir V+ = V−

Las alimentaciones de un amplificador suelen ser iguales en magnitud y tienen como valores típicos +/-5V, +/-9V, +/-12V, +/- 15V, +/-18V, +/-22V. La salida puede tener valores máximos algo inferiores que las tensiones de alimentación. Por tanto se elegirá la alimentación en función de las disponibilidades y de los niveles de señal necesarios en la salida del OP.

Los OP se suelen utilizar con realimentación ya que esto hace que podamos controlar su ganancia. Como veremos la ganancia en lazo cerrado no dependa nada más que del circuito externo aplicado. Según como sea este circuito tendremos varias configuraciones de amplificador.

AMPLIFICADOR INVERSOR

Sea el circuito:

Vamos a calcular su ganancia en lazo cerrado G y su resistencia de entrada Ri.

Como V+ está unida a tierra, será V− = 0 . Esto se conoce como TIERRA VIRTUAL ya que está como conectada a tierra pero sin estarlo.







I=VR1 =Vi-V-=Vi R1 R1 R1



V o = V R2 + V - = -I R2 = - R2 V i R1

V o = - R2 = G Vi R1



donde, por tanto, G puede ser mayor o menor que 1 sin más que elegir las resistencias de la forma adecuada.

El valor de la resistencia de entrada se puede calcular de la siguiente forma:

R=Vi=VR1 yaqueV =V−V=V−0=V iII R1+−i i

Como V = IR resulta

AMPLIFICADOR NO INVERSOR

Sea el circuito:

La resistencia de entrada se obtendrá

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