Universidad Técnica Particular de Loja
La Universidad Católica de Loja
Características de los Amplificadores Operacionales en Corriente Continua .
Asignatura: Sistemas Electrónicos
Profesor: Ing. Carlos Calderón
Integrantes: Franklin Obaco Jairo Hidalgo
Ciclo: 4to “B”
Características del Amp Op en C.C
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El amplificador operacional tiene un amplio uso en los circuitos amplificadores para procesar señales de cd, ca o combinación de estas. AlAnd trabajar Cancel Download Print en corriente directa ciertas características del amplificador operacional pueden provocar grandes errores en el voltaje de salida. Generalmente en el análisis de amplificadores operacionales, cuando obtenemos una expresión para determinada configuración lo hacemos teniendo en cuenta un amplificador operacional ideal, el cual tenía ciertos requerimientos; por ejemplo, cuando suponíamos que el Vd de entrada era OV o las corrientes de las entradas inversora y no inversora eran O A, en fin. Pero estos postulados no se producen necesariamente en una aplicación real. Es así, que podemos mencionar algunos componentes de error que se añaden y debemos tomarlos en cuenta cuando analizamos amplificadores operacionales en corriente directa (c.d) como son: •
Corrientes de polarización de entrada
•
Desvíos de la Corriente de entrada
•
Desvíos del voltaje de Entrada
•
Deriva
Analicemos específicamente en qué consiste cada una de las características antes mencionadas.
1. Corriente de Polarización de entrada ( ) Un amplificador operacional internamente se constituye por transistores. Una corriente de polarización de entrada es la corriente de polarización que estos transistores necesitan. Estas corrientes de polarización de entrada están presentes en la entrada inversora y no inversora, denominadas y respectivamente. Esto lo podemos observar en la Fig.1 . Este es el esquema interno del amp op ua741 de propósito general proporcionado por Texas Instruments. Podemos notar que y son corrientes de base de transistores BJT npn.
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a)
b)
Fig. 1 a) Diagrama interno uA741, b) y son corrientes de base de los transistores
El datasheet u hoja de datos del mismo me da un promedio de estas corrientes de polarización, conocida como corriente de polarización de entrada promedio ( ). Así tendremos:
2
En el uA741 o uA741C a temperatura ambiente (25ºC) tenemos una corriente de polarización de entrada que varía en el rango de los nA,
Efectos de la Corrientes de polarización en el
80 500
Los efectos que son producidos o mejor dicho los errores en el voltaje de salida por las corrientes de polarización para las configuraciones de seguidor emisor, inversor básico, e inversor con resistencia multiplicadora se aprecian en la Fig. 2. Debemos de tener en cuenta que los denominamos errores ya que nuestro voltaje de entrada en todas las configuraciones es 0 V e idealmente el voltaje de salida ( ) sería 0 V, pero como podemos ver, esto no es cierto. Además, no solo en estas configuraciones con retroalimentación negativa tenemos error, sino también en configuraciones con retroalimentación positiva como se aprecia en la Fig. 3
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Carac erísticas del mp Op en .C
Print document In order to print this document 2. Desvío de las Corrientes de entrada ( from ) Scribd, you'll first need to download it.
Este desvío de las corrientes de entrada se lo conoce como la diferencia de la magnitud de las corrientes de polarización entre la entrada no inversora y la inversora.
Así tendríamos que:
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El datasheet del uA741 o uA741C me muestra este valor de para condiciones en que tenemos una salida de O V, donde
20 200. Generalmente la 25% .
Lo anterior se cumple en un OP-77 que tiene valores de
0.3 y 0.35.
Efectos de Desvío de las Corrientes de entrada en el Voltaje de Salida ( )
En la fig. 4 vemos que tratamos de reducir al máximo el voltaje de desviación, tratando de tener = , cuando añadimos una resistencia a la entrada no inversora. Pero como podemos apreciar, lo máximo que hacemos es reducir el error. Ya que reducimos el error al máximo teniendo
.
,
Luego, si el error calculado es muy
grande la mejor opción será optar por un amp op que tenga un más pequeño. De lo anterior podemos mencionar que siempre que agreguemos una resistencia R a la terminal (+), compensaremos la corriente de polarización. Esta R es equivalente al resultado del paralelo de toda las resistencia en la entrada inversora (-). Esto se aprecia también, en la Fig. 4b
3. Voltaje de desvío de Entrada ( ) Cuando nosotros armamos un seguidor de voltaje con una fuente de 0 V en la salida no tenemos 0 V, sino una pequeña variación en el rango de los uV o mV. Para poder entender cómo se produce este voltaje producido por desbalances internos del dispositivo, lo podemos simular como una fuente de voltaje pequeña de cd, conectada en serie con una de las terminales de entrada. A este voltaje o mejor dicho, a esta fuente de voltaje que visualizamos es lo que se conoce como voltaje de desvío de entrada . En una configuración no inversora e inversora como en las Fig. 5a y 6a, el Vsat en la salida puede ser +Vsat o –Vsat dependiendo de la polaridad que tiene la fuente de voltaje en la entrada no inversora (+).
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De esta manera pode os notar q e diferentes amplificadores operaci nales diferentes oltaje de des ío de entrada ( El Vio en un 741 es
pos en
).
ormalmente:
y para un 741C el rango es
. Debemos de tener en uenta que nuestra fuente de voltaje o
, se a plificará co o
cualquier s ñal aplicada a la entrada (+) de un amplificador no inversor, y o tendremos la salida de 0 V debido a ue el Ei = V (Voltaje de entrada) c mo es de suponerse. En la Fig. 6(b) v emos que c ando se pr duce esta amplificación del voltaje de produciend el error. Así el error que causa
de ido a
, se e tá
se calcula por:
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Anulación del efecto del Voltaje de desvío y las Corrientes de Polarización
Para reducir al mínimo los errores de voltaje en c.d se recomienda los pasos siguientes: 1. Seleccionar una resistencia compensadora de corriente de polarización. 2. Crear un circuito que minimice los efectos del voltaje de desvío de entrada teniendo como referencia la hoja de datos del fabricante. 3. Anulamos el voltaje de salida.
4. Deriva Este término se asocia tanto al desvío de corriente de entrada ( ) como al voltaje de desvío de entrada ( ), ya que la deriva me muestra los cambios que presentan estas dos
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In order to print this document from Scribd, variables de un amp op con respecto a la temperatura. Asíyou'll tendremos por ejemplo que la first need to download it. en determinado amplificador operacional se expresa en
deriva con respecto a
/ V/
(nanoamperios por grado centígrado) y con respecto a se expresa en Cancel Download And Print (microvoltios por grado centígrado). La deriva promedio de un amp op u741A y uA741E con respecto a es de 15 V/, y con respecto a es de 0.5 /.
Medición del Voltaje de desvío y las Corrientes de Polarización:
Hasta ahora, no hemos analizado el voltaje de desvío y la corriente de polarización al mismo tiempo, por lo que presentamos lo siguiente, tomado del Libro ” Amplificadores Operacionales y circuitos integrados lineales ”, 5ta edición, Robert F. Coughlin y Frederick F.
Driscoll, Pág 266 y 267, Cap. 9.
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Antes de concluir, citaremos algunos términos, que definen los parámetros básicos asociados con los amplificadores operacionales, ya sea para su uso en C.C como C.A. Amplificación de voltaje con señales grandes: Cociente de la fluctuación pico a pico del voltaje de salida entre el correspondiente cambio en el voltaje de entrada. Ancho de banda de ganancia unitaria: Frecuencia a la cual la ganancia de lazo abierto es unitaria. Capacidad de entrada: Capacidad que existe entre las terminales de entrada poniendo una de ellas a tierra. Corriente de alimentación: Corriente que circula de la fuente de alimentación al amplificador, sin carga y con voltaje de salida cero. Corriente de salida de corto circuito: Corriente máxima a la salida cuando ésta se pone en cortocircuito a tierra. Corriente de balance de entrada: Diferencia entre las dos corrientes de entrada cuando la salida está en cero voltios. Corriente de polarización de entrada: Promedio de ambas corrientes de entrada, con la salida en cero volts. Corriente equivalente a ruido de entrada: Corriente de una fuente ideal de corriente que puede ponerse en paralelo con las terminales de entrada pan representar una fuente de ruido generada internamente.
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order to print Potencia this document Scribd, you'll Disipación totalInde potencia: totalfrom de cc suministrada al dispositivo, menos la first need to download it. potencia suministrada a la carga.
Exceso: Cociente de la desviación máxima de un valor de señal de salida entre el valor Cancel final, en estado estable, ante una señalDownload escalón. And Print Fluctuación máxima de voltaje de salida pico a pico: Voltaje pico a pico máximo que se puede obtener antes del recorte, con una salida en reposo de cero volts de cc. Intervalo de voltajes de entrada: Intervalo de valores que puede tomar el voltaje de entrada para la operación normal. Margen de tase: Número de grados que le faltan a la fase de lazo abierto para llegar a 180º, a la frecuencia ganancia unitaria. Rapidez de respuesta: Velocidad con que responde el voltaje de salida ante una entrada escalón. Rechazo de fuente de alimentación: Similar a la alimentación.
Sensibilidad al voltaje de
Relación de rechazo en modo común: Relación entre la ganancia diferencial y la ganancia en modo común de voltaje. Resistencia de entrada: Resistencia entre las terminales de entrada con cualquiera de ellas puesta a tierra. Resistencia de entrada en modo común: Es la combinación en paralelo de las resistencias de entrada, con señal pequeña entre las dos terminales de entrada y tierra. Resistencia de salida: Impedancia equivalente de la frente a señal pequeña, detectada en la salida con el voltaje de salida cercano a cero, Sensibilidad al voltaje de alimentación: Cociente del cambio en el voltaje de balance de entrada entre el cambio en los voltajes de alimentación que lo producen. Separación de canal: Relación del cambio en el voltaje de salida de un canal excitado entre el cambio que provoca en el otro canal. Tiempo de establecimiento: Tiempo requerido para que un cambio de función escalón de la salida se establezca dentro de cierto margen con respecto al valor final. Tiempo de subida: Tiempo que requiere un escalón de voltaje de salida para crecer desde el 10% hasta el 90% de si amplitud total. Voltaje de balance de entrada: Voltaje que debe añadirse diferencialmente entre ambas terminales de entrada a través de dos resistores iguales para conseguir cero volts de salida.
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In orderde to print from Scribd,de you'll Voltaje equivalente ruidothisdedocument entrada: Voltaje una fuente ideal que puede first need to download it. conectarse en serie con las terminales de entrada, para representar una fuente de ruido de origen intento. Cancel
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Conclusiones: •
•
Podemos, mencionar que hemos aprendido a reconocer las características que añaden componentes de error de al voltaje de salida en cd como son: IB, IOS, Vio y la deriva. Otra conclusión importante es que debemos agregar una R a la entrada no inversora, para compensar el efecto de la corriente de polarización, y poder tener el Vo lo más cercano a 0, por medio de IB IB . Además, como esta resistencia compensadora no tiene efecto en el error del voltaje de salida debido a Vio, para anular este voltaje de desvío ya existen configuraciones proporcionadas por cada fabricante en la hoja de especificaciones correspondiente.
Bibliografía Consultada:
COUGHLIN Robert F. y DRISCOLL Frederick F./” Amplificadores Operacionales y circuitos integrados lineales ”, 5ta edición. WILLIANS Arthur B./” Amplificadores operacionales, Teoría y sus aplicaciones”
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