S3_Circuitos Lineales Con OPAMP

CIRCUTOS LINEALES CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Ing. Carlos Quilla Paredes

Terminales de alimentación Note que la tierra no esta conectada al amplificador

Terminales de alimentación Note que la tierra no esta conectada al amplificador

Terminales de alimentación Todas las mediciones se hacen con respecto a tierra. La mayor parte de amplificadores operacionales tiene un circuito de protección a la salida, aun si hay un corto circuito en la salida.

Ganancia de voltaje en lazo abierto

Ganancia de voltaje en lazo abierto

Amplificador Inversor

Amplificador inversor •

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•

Para analizar este circuito se hacen dos suposiciones: El voltaje Ed=0 La corriente requerida por las entradas (+) o (-) es despreciable La corriente en Rf es establecida por Ri y Ei

Amplificador inversor

Corriente de carga y salida La corriente de carga IL que fluye a través de RL esta determinada por: La corriente I a través de Rf también debe ser proporcionada por la terminal de salida, por lo tanto:

Se puede aproximar I = 0

Amplificador inversor Cuando se aplica un voltaje de ca aplicado a la entrada inversora se aplican las mismas ecuaciones. La señal de salida se desfasa 180° con respecto a la entrada.

Ejercicio1: •

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En el circuito Calcular: La corriente de entrada La ACL La tensión de salida La corriente de salida si se conecta una carga de 10K  El voltaje en R=3K 

Ejercicio2: •

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•

En el circuito para Vin=100mV, determine: La Resistencia de carga para I L=2mA  Io R de entrada del CKT

Sumador inversor

Si R1=R2=…=Rn

V o



 R F   R1



U   U  1

2

     U n



Ejercicio1: •

Tres señales de audio ingresan a un mezclador (sumador), las dos primeras en DC y la tercera es de 300mVpp ¿Graficar la señal de salida del mezclador?

Ejercicio2: En el circuito para Eac=100mVpp y Edc=1V, graficar la señal de entrada y salida

Seguidor de Tensión

Seguidor de tensión

SEGUIDOR DE VOLTAJE -Si en el circuito de la figura Z 1= Z1

Z2

-

Z2

Vo

-

Vi

Vi

+

A vn i



Vo Vi

 1

Vo

 Avni=1 Z2 Z1

-Impedancia de salida nula -Impedancia de entrada infinita

+

V [Vol] Vi=Vo

t [seg]

Seguidor de voltaje

SEGUIDOR DE VOLTAJE

Ejemplo de aplicación: Adaptación de impedancias

Amplificador no Inversor

Amplificador no Inversor El voltaje de salida tiene la misma polaridad que el de entrada La impedancia de entrada es muy alta (100M ) Ei aparece a traves de R1, entonces:

Amplificador no Inversor Voltaje negativo de entrada

Ejercicio Para el CKT calcular la ganancia de tensión y el ancho de banda en lazo cerrado. ¿Qué valor tiene la tensión de salida a 250KHz?

Fuente ideal de voltaje Se requiere una fuente de tensión de 7.5V Cuando se conecta Ri el voltaje de referencia cae a 5V

Fuente ideal de voltaje Para preservar el voltaje de referencia se lo aísla con un seguidor de voltaje

Operación con alimentación única Las resistencias RB de 220K dividen a la mitad el voltaje de alimentación de 30V y establece el punto B a 15V, lo mismo que el punto C. Debido a C1 no fluye corriente a través de Ri y tampoco a través de Rf.

Operación con alimentación única Solo la componente alterna de Ei se acopla a través de Cin a la entrada (+). Ei ve una resistencia de entrada de 220K//220K. Ri y Rf forman un amplificador no inversor para señales de ca con una ganancia de 25. Csal bloquea el voltaje de polarización de 15V en el punto D y transmite únicamente la señal de ca a la carga RL.

Restador E1 aparece en Vo1 como –E1 y luego aparece en Vo como E1. E2 es invertido, por lo cual: Vo=E1-E2 Si Rf es mayor que Ri:

Servo-amplificador Ei=2V C esta cargado No fluye corriente por Ri Voltaje en el terminal 2=Ei Vterminal2=Vterminal3 Vf=Ei I=Vf/RB Vo=I(RA+RB) Si RA=RB=10K, => Vo=2Vf Como A=-1, Vo=-VR Vcap=Ei-VR=6V

• • • • • • • • • • •

Ejercicio: Si Ei=4V, hallar los nuevos valores de equilibrio

Rpta: Vf=4V Vo=8V VR=-8V •

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Detectores de cruce por cero

Saturación •

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Si se aumenta la señal de entrada, aumentará también la salida. Pero hay un límite al que puede llegar la salida (aproximadamente entre 1.5 y 2 voltios menos que la tensión entregada por la fuente). Entonces hay una señal de entrada máxima que hará que la señal de salida llegue también a su máximo. Si señal de entrada es mayor a ésta se produce la saturación y la tensión de salida será recortada en los picos negativos y positivos.

Detectores no inversor de cruce por cero El amplificador operacional de la figura opera como un comparador. La entrada + compara el voltaje de entrada Ei con Vref=0. Cuando Ei es mayor que Vref, Vo es igual a +Vsat

Convertidor de onda senoidal a cuadrada

Detectores no inversor de cruce por cero La polaridad de Vo indica si Ei esta arriba o debajo de Vref. El cruce por cero en dirección positiva se da en la transición de –Vsat a +Vsat

Detectores inversor de cruce por cero Si Ei esta arriba de Vref, Vo es igual a –Vsat Cuando Ei cruza la referencia y pasa a positivo, Vo realiza una transicion hacia lo negativo y pasa de +Vsat a -Vsat

Detector no inversor de nivel de voltaje positivo El amplificador operacional esta habilitado como un comparador para registrar voltaje positivo. Si Ei esta arriba de Vref, Vo es igual a +Vsat Si Ei esta debajo de Vref, Vo es igual a -Vsat

Detector inversor de nivel de voltaje positivo

Detector no inversor de nivel de voltaje negativo

Detector inversor de nivel de voltaje negativo

Aplicación: Voltaje de referencia ajustable Las 2 Resistencias y el Potenciómetro hacen un divisor de voltaje de 1mA. Se obtiene Vref de -5 a 5V

Aplicación: Interruptor activado por sonido Voltaje de referencia ajustable de 0 a 100mV

Voltímetro luminoso Rcal se ajusta de modo que fluya 1mA a través del divisor de R1 a R10. Se establecen diez pasos de 1V. Cuando E1=0 o menor que 1V, la salida de todos los Opamp se encuentra en –Vsat. Los diodos de silicio protegen los LEDs contra la polarizacion inversa. Entre 1V y 2V, solo la salida del Opamp1 se torna positiva y enciende el LED1. Conforme aumenta Ei, los LEDs se iluminan en orden.

Modulador de ancho de pulso Una onda de diente de sierra se utiliza como portadora El ancho de pulso de salida TH es modulado por Vtemp.

Integradores y diferenciadores

Integrador Ideal Proporciona la integral respecto al tiempo de la señal de entrada. La señal de salida se determina por el área bajo la forma de la onda de entrada. Matemáticamente: Considere el integrador ideal de la figura donde: I=Vi/R1 Esta corriente debe cargar a C que produce Vo. Vc esta dado por:

Luego:

o

Integrador Ideal Se puede usar una expresión mas sencilla es: Sustituyendo I=Vi/R1 y V por Vo:

Esta formula se puede aplicar por partes a una señal de entrada

Integración de una onda cuadrada

Integrador Práctico R2 estabiliza la ganancia. La ganancia a baja frecuencia se ha limitado a R2/R1. Para una frecuencia mínima de operación f L:

Ejercicio:

Diferenciador Ideal Actúa en forma opuesta a un Integrador I=C dV/dt Entonces:

Diferenciador práctico Se incluye R2 en serie con C, para limitar la ganancia en alta frecuencia a –R1/R2. El valor máximo de R2 esta dado por:

Donde fk es la frecuencia máxima de operación.