TRABAJO COLABORATIVO 1 AMPLIFICADORES

ALEXANDER GARCIA ESCOBAR C.C 1115062933

OTTO RUEFLI BARRERA C.C 1118538282

KAREN LIZETH GIRALDO VALENCIA C.C 1.118.551.330

MAYRA EUGENIA HERNANDEZ

TUTOR CEAD: ALFREDO LOPEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD) AMPLIFICADORES

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA 2013

INTRODUCCION

Se puede encontrar un amplificador operacional adecuado casi para cualquier

aplicación analógica. Los amplificadores operacionales son uno de los

componentes activos más básicos en los sistemas analógicos. Por ejemplo,

conectando resistencias externas se pueden ajustar la ganancia de tensión y el

ancho de banda según nuestras necesidades. Además, con otros

componentes externos es posible construir convertidores de forma de onda,

osciladores, filtros activos y varios circuitos bien interesantes.

El siguiente trabajo muestra de manera detallada algunas de las

configuraciones más comunes del amplificador operacional así como las

expresiones para poder calcular ganancias de tensión, y las expresiones para

la señal de salida, etc.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

MARCO TEORICO

DEFINICION AMPLIFICADOR OPERACIONAL: Exhibe una gran estabilidad y características lineales. El amplificador

operacional ideal, en condiciones óptimas, teóricamente tendría una

impedancia (resistencia al flujo de corriente alterna) de entrada infinita, una

impedancia de salida cero, una ganancia (es la magnitud de un incremento en

corriente, voltaje o potencia) infinita y un ancho de banda (define la frecuencia

ocupada por una señal y la que se requiere para una transferencia efectiva de

información) infinito.

Estos ideales no se pueden realizar en la práctica, pero muchos amplificadores

operacionales tienen una impedancia de entrada muy alta (casi no consumen

corriente y por lo tanto casi ninguna potencia), muy baja impedancia de salida,

una ganancia extremadamente alta.

Un amplificador operacional típico se muestra en esta imagen:

Amplificador inversor: El amplificador inversor es el circuito amplificador operacional más básico.

Utiliza realimentación negativa para estabilizar la ganancia de tensión total.

En este circuito, la entrada (+) está a masa, y la señal se aplica a la entrada (-)

a través de R1, con realimentación desde la salida a través de R2. En esta

configuración la tensión de entrada se amplifica mediante la ganancia de

tensión en lazo abierto para producir una tensión de salida invertida. La tension

de salida se realimenta hacia la entrada a traves de la resistencia de

realimentacion R2, lo que produce una realimentacion negativa porque la

salida esta desfasada 180° con respecto a la entrada, asi, es como la

realimentacion negativa estabiliza la ganancia total de tension.

Ahora se hablara de la ganancia de tension, si se imagina una masa virtual en

la en la entrada inversora el extremo derecho de R1 es una masa virtual se

puede expresar de la siguiente manera:

Vin = IinR1

De manera similar el extremo izquierdo de R2 es una masa para tensión, asi

que la magnitud de la tensión de salida es:

Vout = IinR2

Se debe tener en cuenta que el amplificador inversor tiene la misma corriente a

través de ambas resistencias. Teniendo en ciuenta esta afirmación si se divide

el voltaje de salida entre el voltaje de entrada se obtiene la ganancia de

tensión.

�� = �2

�1

Donde la expresión representa la ganancia en lazo cerrado. Se denomina de

esta forma ya que existe cuando hay un camino de realimentación entre la

salida y la entrada.

En algunas aplicaciones, si se quiere se puede especificar la impedancia de

entrada. Esta es una de las ventajas de un amplificador inversor, ya que el

extremo derecho de R1 es una masa virtual y la impedancia de entrada para

una aplicación en lazo cerrado esta dada por:

Zin = R1

El amplificador no inversor: La segunda configuración básica del AO ideal es el amplificador no inversor,

mostrado en la figura 3. Este circuito ilustra claramente la validez del axioma 3.

En este circuito, la tensión Vi se aplica a la entrada (+), y una fracción de la

señal de salida, Vo, se aplica a la entrada (-) a través del divisor de tensión R1

- R2. Puesto que, no fluye corriente de entrada en ningún terminal de entrada,

y ya que Vd = 0, la tensión en R1 será igual a Vi.

Así pues

y como

Tendremos pues que:

Que si lo expresamos en términos de ganancia:

Que es la ecuación característica de ganancia para el amplificador no inversor

ideal.

También se pueden deducir propiedades adicionales para esta configuración.

El límite inferior de ganancia se produce cuando R2 = 0, lo que da lugar a una

ganancia unidad.

En el amplificador inversor, la corriente a través de R1 siempre determina la

corriente a través de R2, independientemente del valor de R2, esto también es

cierto en el amplificador no inversor. Luego R2 puede utilizarse como un

control de ganancia lineal, capaz de incrementar la ganancia desde el mínimo

unidad hasta un máximo de infinito. La impedancia de entrada es infinita,

puesto que se trata de un amplificador ideal.

Seguidor de tensión: Teniendo en cuenta los estudios de los amplificadores en colector común o

también denominado seguidor emisor (CC), tenemos una idea básica para el

estudio del amplificador operacional configurado como seguidor de tensión.

En el seguidor de emisor era muy útil para incrementar la impedancia de

entrada mientras se producía una señal de salida que era muy parecida a la de

entrada.

El funcionamiento de esta configuración es muy simple, la resistencia de

realimentación es cero. Por tanto, toda la tensión de salida se realimenta hacia

la entrada inversora. Debido a la existencia del corto virtual entre las entradas

del amplificador operacional, la tensión de salida es igual a la tensión de

entrada.

Entonces queda expresado:

Vin = Vout

El siguiente es el circuito para el seguidor de tensión.

Se debe tener en cuenta que la ganancia de tensión en lazo cerrado de un

circuito seguidor de tensión es uno, o sea que:

Av =1

Este circuito seguidor de tensión es un circuito seguidor perfecto ya que

produce una tensión de salida que es exactamente igual a la tensión de

entrada (o suficientemente parecidas para satisfacer casi cualquier aplicación),

además, la realimentación negativa máxima produce una impedancia de

entrada en lazo cerrado que es mucho mayor a la impedancia de entrada en

lazo abierto, también la alimentación negativa máxima produce una impedancia

de salida en lazo cerrado que es mucho menor que la impedancia de salida en

lazo abierto. Por tanto, se obtiene un método casi perfecto para convertir una

fuente de alta impedancia en una fuente de baja impedancia.

El seguidor de tensión se puede ver en una gran cantidad de aplicaciones

prácticas.

Amplificador sumador: Es un circuito muy útil cuando se necesite combinar dos o mas señales

analógicas en una sola salida, es un circuito que suma algebraicamente varias

señales analógicas de entrada.

Su diseño es simple, podemos añadir tantas entradas se necesiten para

determinada aplicación, por ejemplo en la figura siguiente se muestra un

circuito amplificador sumador de tres entradas:

En estos casos la ganancia para cada canal de entrada viene dada por la

división ente la resistencia de alimentación y la resistencia de entrada para

cada canal, en el caso de la figura anterior se obtiene que:

��1 = ��

�1

��2 = ��

�2

Y<

��3 =��

�3

Para obtener la tensión de salida en este tipo de configuración es necesario

combinar todas las señales de entrada amplificada en una sola salida. La

solución a este problema esta dado por la expresión (para este caso que son

tres entradas):

�� � = ��1�1 + ��2�2 + ��3�3 +⋯+ �����

Teniendo en cuenta que la entrada inversora es una masa virtual , la corriente

de entrada total es:

��� = �1 + �2 + �3 + ⋯+ �� = �1

�1+�2

�2+�3

�3+⋯+

��

��

Y, debido a que existe una masa virtual, toda esta corriente circula a través de

la resistencia de realimentación, produciendo una tensión de salida:

�� � = ��1 + �2 + �3 + ⋯+ ����� = ��

�1�1 +

��

�2�2 +

��

�3�3 +⋯+

��

����

Tener en cuenta siempre que en algunas aplicaciones todas las resistencias

son iguales, por eso, cada canal tiene una ganancia de tensión en lazo cerrado

de 1 y el voltaje de salida viene expresado por:

Vout = V1 + V2 + V3 +� + Vn

Amplificador diferencial: El amplificador diferencial es un circuito que constituye parte fundamental de

muchos amplificadores y comparadores, también es la etapa clave de la familia

lógica ECL, además constituye la etapa de entrada mas típica de la mayoría de

los amplificadores operacionales y comparadores, siendo además el elemento

básico de las puertas digitales ECL.

El amplificador diferencial ideal es aquel que a la salida tiene sólo presente la

componente diferencial, o sea que rechaza las señales a modo común

(ganancia a modo común nula) amplificando sólo las señales a modo

diferencial, se define un factor de mérito para el amplificador diferencial que

evalúa la capacidad de rechazo del circuito a las señales a modo común frente

a la capacidad de amplificar las señales a modo diferencial, el factor de

rechazo que es la relación entre la ganancia a modo diferencial y la ganancia a

modo común, normalmente se expresa en decibeles.

El amplificador diferencial (AD) es un circuito pensado para amplificar la

diferencia de dos señales.

Como se puede observar las señales están referidas a una masa común, si se

supone el AD representado por el bloque de la figura 1, donde se identifican

dos entradas, una de ellas definida como inversora (-) y la otra como no

inversora (+), y una salida, todas ellas referidas a una masa común, y se

excitan las entradas con dos señales cualesquiera (v1 y v2), es posible

diferenciar: `

una señal de entrada diferencial (ViD) definida como la diferencia entre la señal

aplicada a la entrada inversora, Vi(-) y la señal aplicada a la entrada no

inversora,

ViD =Vi (-) – Vi (+) = V1 - V2

una señal de entrada a modo común (ViC) definida como la semisuma de las

dos entradas:

En consecuencia es posible expresar:

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL POR SUPERPOSICIÓN

AMPLIFICADORES CONVERTIDORES DE CORRIENTE A TENSIÓN Y DE

TENSIÓN A CORRIENTE: También llamados amplificadores de transresistencia, responden a la

necesidad de construir fuentes de tensión constante independiente de la carga

y controlados por corriente, existen dos circuitos básicos: con la salida invertida

y con la salida no invertida.

Los convertidores de corriente a tensión y de tensión a corriente también se

suelen denominar fuente de tensión controlada por corriente y fuente de

corriente controlada por tensión respectivamente. En el primer caso, la tensión

de salida es directamente proporcional a la corriente de entrada y, en el

segundo, la corriente de salida es directamente proporcional a la tensión de

entrada.

CONCLUSIONES

Los amplificadores operacionales son circuitos que permiten al diseñador o al

estudiante, hacer aplicaciones diversas, por ende existen numerosas

configuraciones que permiten al usuario escoger de muchas opciones la que se

ajuste a sus necesidad y le de una solución efectiva.

También con el anterior trabajo se pudo ver cuales son las aplicaciones o

configuraciones que más se usan para el diseño de circuitos con amplificadores

operacionales teniendo en cuenta las expresiones que permiten realizar cálculos

para asi saber que niveles de tensión son los de entrada y cuales son los niveles

de tensión son los deseados para la salida.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

• Amplificador Operacional. Disponible en:

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional

• Malvino, A. (2000). Principios de Electrónica (6ta Edición). Mc Graw Hill.

• López, A. (2007). Modulo de Amplificadores. UNAD

• Ruiz, J.A. (1995) Electrónica Diccionario Enciclopédico. México: Altacomulco.

Editorial McGraw Hill

• Martín, E. (28 de Julio de 2011). Amplificadores operacionales con funciones

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http://www.slideshare.net/Martinfeg/amplificadores-operacionales-con-

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• Escudero, M. (n.d). Los amplificadores operacionales. Disponible en:

http://www.dte.us.es/ing_inf/ins_elec/temario/Tema%201.%20Amplificadores%

20Opera cionales.pdf