Características del amplificador operacional
Circuito equivalente de un amplificador operacional.
Amplificador operacional ideal
Infinita ganancia en lazo abierto Infinita resistencia de entrada, Corriente de entrada cero. Voltaje de desequilibrio de entrada cero. Infinito rango de voltaje disponib disponible le en la salida. Infinito ancho de banda con desplazamiento de fase cero. Rapidez de variación de voltaje infinita.
Resistencia de salida Ruido cero.
Infinito rechazo de modo común (CMRR)
Infinito factor de rechazo a fuente de alimentació alimentación n (PSRR).
cero.
Estas características se pueden resumir en dos "reglas de oro":
En el lazo cerrado la salida intenta hacer los necesario para hacer cero la diferencia de voltaje entre las entradas. Las corrientes de entrada al dispositivo son cero. cero.3
Amplificador operacional real El amplificador real difiere del ideal en varios aspectos:
Ganancia en lazo abierto, para corriente continua, continua, desde 100.000 hasta más de 1.000.000. Resistencia de entrada finita, desde 0,3 MΩ en adelante. Resistencia de salida no cero. Corriente de entrada no cero, generalmente de 10 nA en circuitos de tecnología bipolar.
Voltaje de desequilibrio de entrada no cero, en ciertos dispositivos es de ±15 mV Rechazo de modo común no infinito, aunque grande, en algunos casos, de 80 a 95 dB. Rechazo a fuente de alimentación no infinito. Características afectadas por la temperatura de operación. Deriva de las características, debido al envejecimiento del dispositivo. Ancho de banda finito, limitado a propósito por el diseño o por características de los materiales. Presencia de ruido térmico. Presencia de efectos capacitivos en la entrada por la cercanía de los terminales entre sí. Corriente de salida limitada. Potencia disipada limitada.
2.2 AMPLIFICDOR INVERSOR NO INVERSOR SEGUIDOR DE VOLTAJE
AMPLIFICADOR INVERSOR Se llama así este montaje porque la señal de salida es inversa de la de entrada, en polaridad, aunque pude ser mayor, igual o menor, dependiendo esto de la ganancia que le demos al amplificador en lazo cerrado. La señal, como v emos en la figura, se aplica al terminal inversor o negativo del amplificador y el positivo o no inversor se lleva a masa.La resistencia R2, que va desde la salida al terminal de entrada negativo, se llama de realimentación.
En todo A.O. podemos decir que:
Por tanto si:
con lo cual las corrientes I1 e I2:
Como quedamos que Vx=0 quedará:
Al ser Ix=0, entonces: I1=I2 y por lo tanto:
Al final tenemos:
Fórmula que nos indica que la tensión de salida Vo es la tensión de entrada Vi multiplicada por una ganancia R2/R1. El signo negativo de la expresión indica la inversión de fase entre la entrada y la salida. - Impedancia de entrada:
- Impedancia de salida:
AMPLIFICADOR NO INVERSOR Este circuito es muy parecido al inversor, la diferencia es que la señal se introduce por el terminal no inversor, lo cual va a significar que la señal de salida estará en fase con la señal de entrada y amplificada.El análisis matemático será igual que en el montaje inversor.
Consideramos:
Teniendo en cuenta que: Vy=Vi y Vx=Vi tenemos:
en este caso la ganancia será:
Como se ve la ganancia de éste amplificador no puede ser menor que 1. Como en el caso del amplificador inversor R3 es igual a la combinada en paralelo de R2 y R1.
Seguidor de Voltaje El seguidor de voltaje con un amplificador operacional ideal, da simplemente
Pero este resultado tiene una aplicación muy útil, porque la impedancia de entrada del op amp es muy alta, proporcionando un efecto de aislamiento de la salida respecto de la señal de entrada, anulando los efectos de "carga". Esto lo convierte en un circuito útil de primera etapa. El seguidor de tensión se utiliza a menudo en los circuitos lógicos, para la construcción de buffers. 2.3 SUMA DE SEÑALES CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL 2.4 FUNCIONES 2.5 CIRCUITOS TEMPORIZADORES
CIRCUITO TEMPORIZADOR AJUSTABLE 1-10 MINUTOS
Temporizador ajustable 1-10 minutos
Este circuito es un temporizador que se inicia cuando se pone en marcha al conectar su alimentación (al actuar el interruptor de alimentación). Un diodo LED verde (green) luce indicando que la temporización está en progreso. Cuando se alcanza el periodo de temporización, el LED verde deja de lucir, y luce el LED rojo (red), a la vez que comienza a sonar el zumbador (beeper). El periodo de temporización es ajustable mediante el potenciómetro de 1 M, y puede ser ajustado aproximadamente entre 1 y 10 minutos con los componentes indicados en el esquema. Usted puede marcar los tiempos en una escala dibujada en la caja que albergue el circuito alrededor del eje del potenciómetro. Tenga en cuenta que los periodos de tiempo son sólo aproximados. Con componentes perfectos, la temporización debería ser de 4½ minutos, pero prácticamente se amplía hasta unos 10 minutos debido a que el condensador de temporización de 220 µF pierde carga lentamente. Esto es un problema típico de los condensadores electrolí ticos, pero además unos condensadores pierden más que otros. Además, el valor de los condensadores electrolíticos puede llegar a diferir en un ±30% del valor que tienen marcado.
2- TEMPORIZADOR DE 5 A 30 MINUTOS Temporizador 5-30 minutos.
Se trata de un conmutador temporizado de 5 a 30 minutos de temporización, ajustable en pasos de 5 minutos. Es simple de construir, no tiene complicación alguna. Sin embargo usted debe emplear la versión CMOS del chip temporizador 555, designada como 7555, pues un chip 555 ordinario no trabajará bien debido a sus resistencias internas. También deberá emplear para C1 un condensador de tipo de muy bajas fugas, como son los de tipo de tántalo con forma de gota. El conmutador rotativo S3 añade resistencias en serie en cada posición a la cadena de resistencias que determinan la temporización. El periodo de temporización está definido por la expresión: Temporiz. = 1,1 C 1 × R 1 Observe que R 1 tiene un valor de 8,2 M cuando S3 está en la posición "a" y 49,2 M en la posición "f". Ello ajusta la temporización en aproximadamente 300 segundos (5 minutos) por cada posición de S3. C1 y R 1 a R 6 pueden ser cambiados de valor para obtener otros periodos de temporización. La salida de la patilla 3 del 7555 es amplificada por el transistor Q1 para gobernar un relé conmutador.
Lista de componentes Relé de bobina de 9 volt con contacto conmutador (1) S1: Interruptor de encendido (On/Off) (1) S2: Pulsador de arranque (start) (1) S3: Conmutador rotarorio de 6 posiciones (rango de temporización) (1) IC1: CMOS 7555 (1) B1: Pila 9 V (1) C1: Condensador 33µF CAP (1) Q1: Transistor NPN BC109C (1) D1: Diodo 1N4004 (1) C2: Condensador 100 nF CAP (1) R6,R5,R4,R3,R2,R1: Resistencias 8,2M (6) R8: Resistencia 100K (1) R7: Resistencia 4,7K (1)
3- TEMPORIZADOR PERIÓDICO 6-38 MINUTOS
Temporizador periódico 6-38 minutos
Es un temporizador periódico con espacios iguales de activación y desactivación, de duración seleccionable mediante un conmutador rotatorio, entre 6 minutos y 38 minutos. Este temporizador es similar a otro del autor, de 5 a 30 minutos de temporización, excepto en que cuando el interruptor S1 es actuado, el estado de conmutacón del circuito on/off va cambiando indefinidamente, hasta que S1 es desactuado de nuevo. Se deben utilizar un chip 7555 y un condensador C1 de tipo de bajas f ugas. El conmutador rotatorio S3 va añadiendo resistencias extra en serie en la cadena de temporización, teniendo la temporización más corta en la posición "a" (menor resistencia), y la más larga en la posición "f" (mayor resistencia). El chip 7555 está configurado como oscilador con igual relación marca/espacio, y para ello la cadena de resistencias de temporización R1 a R6 es conectada a la salida del oscilador, patilla 3. La duración de cada impulso se calcula así: T = 1,4 R1 × C1 Esto da lugar a una temporización para el estado on y para el estado off de unos 379 segundos en la posición "a" de S3 (esto es, unos 6 minutos), a unos 38 minutos en la posición "f". Naturalmente puede modificar los tiempos variando los valores de C1 a R6 o C1.
4- TEMPORIZADOR ACTIVADO POR CONTACTO LX.1684
Temporizador activado por contacto
El circujto propuesto en este artículo está basado en el conocidísimo integrado NE555, que en este caso controla de forma temporizada un relé mediante el contacto de una mano. Es muy sencillo de realizar, tiene un precio bajo y puede utilizarse en decenas de aplicaciones. Para comenzar proponemos algunas. Conectándolo al pomo de una puerta constituye un efi caz y eoonómico medio de protección para habitaciones, amarios, cajones, etc. Si el relé se conecta, por ejemplo, a una sirena, el intruso será advertido de que su intento de apertura ha sido detectado. También se puede utilizar para gobernar el encendido de dispositivos durante un tiempo determinado por personas que no puedan manipular fácilmente el sistema de encendido y apagado del propio aparato. Conectando en serie a la alimentación del dispositivo los contactos del relé el aparato se encenderá con un sencillo toque de la mano. Otra aplicación interesante es su utilización como cont rol remoto temporizado accionado por contacto. Poniendo el circuito en un punto concreto el elemento gobernado por el relé puede estar a gran distancia. En general se puede utilizar para disparar un sistema sonoro, un sistema de iluminación, un motor o accionar cualquier dispositivo durante un tiempo determinado cuando se detecte que se ha tocado con la mano un punto concreto. Seguramente a cada uno se le ocurrirán varias aplicaciones donde utili zar un circuito de estas características.
Esquema eléctrico Para hacer funcionar el circuito se precisa una sencilla pila de 9 voltios o bien un alimentador de 12 voltios. En este proyecto el timer NE555 se utiliza en configuración de monoestable, es decir su salida (terminal 3) permanece activa hasta que la tensión en el terminal 2, que normalmente tiene el valor de la tensión de alimentación, baja a menos de 1/3 de este valor. En este punto se activa
el temporizador interno del integrado durante un tiempo determinado por la siguiente expresión: T = 1,1 × R2 × C2 La tensión en el terminal 2 baja cuando se toca con la mano el cable conectado al trimmer R1, gracias a la tensión parásita de zumbido eléctrico captada por nuestro cuerpo. El condensador C1, inicialmente cargado a la tensión de alimentación, se descarqa a través de R1 (conectada en serie con la resistencia de nuestro cuerpo) haciendo que la tensión en el terminal 2 caiga hasta cero. Por consiguiente en el terminal 3 se forma un impulso de tensión durante un tiempo T que, controlando la base del transistor conectado a este terminal, lo pone en conducción excitando como consecuencia la bobina del relé. En paralelo a la bobina del relé hemos conectado un diodo LED (DL1) con su correspondiente resistencia limitadora de corriente (R5). De esta forma cuando se activa el relé se enciende el diodo LED. El diodo DS1 se conecta en paralelo a la hobina como protección, ya que siempre que se produce un cambio de tensión en un solenoide, como la bobina de un relé, se forma una elevada fuerza electomotriz en sentido contrario que, en este caso, se de scargaría sobre el transistor si no existiera este diodo de protección. Los dos trimmers empleados se utilizan uno para regular la sensibilidad del circuito al tocarlo con la mano (R1 de 1 Mohm), y el tiempo en que permanece activado el temporizador una vez ha sido disparado (R2 de 200 K).
Ajustes En primer lugar hay que ajustar ambos trimmers (R1, R2) a mitad de recorrido (para encontrar esta posición hay que girar completamente el cursor hacia los dos sentidos). A continuación hay que alimentar el circuito, bien con una pila de 9 voltios o bien con un alimentador de 12 voltios. Hasta que no se toque con la mano el cable conectado al trimmer de sensibilidad no sucederá nada. En cuanto se roce el cable, el relé se activará y, en consecuencia, el diodo LED se encenderá. Pasado cierto tiempo, ajustable mediante el t rimmer R2, el relé volverá a estar inactivo. Como ya hemos detallado anteriormente, el trimmer Rl regula la sensibilidad del circuito. Si es necesario, este trimmer ha de ajustarse para que al tocar el cable se active el relé.
Lista de componentes R1 = Trimmer 1 Mohm R2 = Trimmer 220 K R3 = 10 K R4 = 1 K R5 = 1 K
C1 = 10 µF electrolítico C2 = 4700 pF poliéster C3 = 100 µF electrolítico C4 = 100 nF poliéster DS1 = Diodo 1N4007 DL1 = Diodo LED IC1 = Integrado NE555 TR1 = Transistor NPN 2N2222A RELE1 = Rele 12 V.
5- TEMPORIZADOR ASIMÉTRICO
Temporizador asimétrico
Este circuito es un circuito temporizador periódico con periodos independientes para marcas y espacios, y es una simple aplicación del conocido chip temporizador 555. Es un sencillo circuito realizado con el chip temporizador 555 o su versión de bajo consumo 7555, en el que los valores de tiempo de las marcas (on) y los espacios (off) pueden ser fijados independientemente. La cadena temporizadora consiste en las resistencias Ra, Rb y el condensador Ct. El condensador Ct se carga a través de Ra en serie con el diodo 1N4148. La descarga de Ct es a través de Rb y la patilla 7 del chip. Los tiempos de carga y descarga pueden ahora establecerse independientemente.
El tiempo de carga (salida a nivel alto) se calcula por la siguiente fórmula: T(on) = 0,7 × Ra × Ct Para el tiempo de descarga (salida baja), el cálculo será: T(off) = 0,7 × Rb × Ct Tenga en cuenta que para nuestro caso la fórmula para T(on) es aproximada, ya que ignora la resistencia en serie y la caída de tensión directa que introduce el diodo 1N4148. Sin embargo, la fórmula para T(off) es totalmente precisa, al no estar influida la descarga de Ct por el diodo.
6- RELÉ DE ACTUACIÓN TEMPORIZADA
Relé de temporización ajustable. Haz clic en la imagen para ampliarla.
Este circuito de relé de actuación temporizada está realizado con un chip temporizador NE/SE 555 de Intersil, el cual es un chip temporizador de precisión . Su estabilidad a las variaciones de la temperatura es de 0,005%/ºC. En este circuito el chip 555 trabaja como multivibrador monoestable. El relé actúa al actuar el pulsador Dr1. Con el pulsador Dr 2 puede resetear el circuito, desactuando el relé, en el momento que usted desee.
Funcionamiento del circuito de relé retardado Después de actuar el pulsador Dr1 el chip proporciona en su salida, patil la 3, un impulso positivo rectangular cuya amplitud es casi igual a la t ensión de alimentación, esto es, de 12 V.
Esta salida puede ser cargada con un relé (u otra carga) que no absorba más de 200 mA de corriente. El ancho de impulso se puede calcular con la fórmula : t = (R2 + P1) × Cs1 En esta fórmula t es el tiempo en segundos si los valores de R2 y P1 se especifican en ohmios y CS1 es en Faradios. CS1 es el condensador que se selecciona con el conmutador S1. Los tiempos de actuación del relé Re, y con ello el tiempo en que permanece encendida la bombilla La, se controla mediante décadas por S1, mientras que P1 sirve para ajustar con precisión dicho tiempo. Tiempo de retardo: S1a = 0,1 ... 1 s S2b = 1 ... 10 s S2c = 10 ... 100 s S2d = 100 ... 1000 s S2e = 1000 ... 10000 s
El relé actúa en este circuito como interrupor para una lámpara conectada a red eléctrica, ha de ser un relé cuya tensión de funcionamiento ha de ser de 12 V como máximo, y su consumo de corriente ha de ser como máximo de 200 mA. Si la tensión de trabajo del relé es inferior a 12 voltios, entonces usted deberá conectar una resistencia Rx adecuada en serie con la bobina del relé. Eventualmente se puede emplear un triac en el lugar del re lé. En este caso la puerta del triac ha de ser controlada por Rx (aquí Rx = 150 ohmios). Usted deberá proporcionar un correcto aislamiento eléctrico de l a instalación de este circuito y de su cableado.
