Amplificador operacional
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Amplificador operacional A.O., Un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O., op-amp u OPAM), OPAM ), es un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): Vout = G·(V
+
−
V )el mas conocido y comunmente aplicado es el −
UA741 o LM741 El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar. Originalmente
los
A.O.
se
empleaban
para
operaciones
matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.) en calculadoras analógicas. De ahí su nombre. El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice
741 con encapsulado metálico TO-5.
que las corrientes de entrada son cero.
Notación El símbolo de un amplificador es el mostrado en la siguiente figura:
Los terminales son: • V : entrada no inversora +
• V : entrada inversora -
• V
OUT
: salida
• V : alimentación positiva S+
• V : alimentación negativa S-
Los terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O. basados en FET V V
SS
respectivamente. Para los basados en BJT son V
CC
yV
EE
.
Normalmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos por claridad.
DD
y
Amplificador operacional
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Tabla de Características Ideales y Reales Pará Paráme metr tro o Valo Valorr idea ideall Valo Valorr real real Zi
∞
10 TΩ
Zo
0
100 Ω
Bw
∞
1 MHz
Av
∞
100.000
Ac
0
Nota: Los valores reales dependen del modelo, estos valores son genéricos y son una referencia. Si van a usarse amplificadores operacionales, es mejor consultar el datasheet o características del fabricante.
Comportamiento en corriente continua (DC) Lazo abierto Si no existe realimentación la salida del A. O. será la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000(que se considerará infinito en cálculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las dos tensiones es de 1V la salida debería ser 100.000 V. Debido a la limitación que supone no poder entregar más tensión de la que hay en la alimentación, el A. O. estará saturado si se da este caso. Esto será aprovechado para su uso en comparadores, como se verá más adelante. Si la tensión más alta es la aplicada a la patilla + la salida será V , mientras que si la tensión más alta es la del pin - la salida será la alimentación V S+
S-
.
Lazo cerrado o realimentado Se conoce como lazo cerrado a la realimentación en un circuito. Aquí aparece una realimentación negativa. Para conocer el funcionamiento de esta configuración se parte de las tensiones en las dos entradas exactamente iguales, se supone que la tensión en la pata + sube y, por tanto, la tensión en la salida también se eleva. Como existe la realimentación entre la salida y la pata -, la tensión en esta pata también se eleva, por tanto la diferencia entre las dos entradas se reduce, disminuyéndose también la salida. Este proceso pronto se estabiliza, y se tiene que la salida es la necesaria para mantener las dos entradas, idealmente, con el mismo valor. Siempre que hay realimentación negativa se aplican estas dos aproximaciones para analizar el circuito: • V = V (lo que se conoce como principio del cortocircuito virtual). +
-
• I =I =0 +
-
Cuando se realimenta negativamente un amplificador operacional, al igual que con cualquier circuito amplificador, se mejoran algunas características del mismo como una mayor impedancia en la entrada y una menor impedancia en la salida. La mayor impedancia de entrada da lugar a que la corriente de entrada sea muy pequeña y se reducen así los efectos de las perturbaciones en la señal de entrada. La menor impedancia de salida permite que el amplificador se comporte como una fuente eléctrica de mejores características. Además, la señal de salida no depende de las variaciones en la ganancia del amplificador, que suele ser muy variable, sino que depende de la ganancia de la red de realimentación, que puede ser mucho más estable con un menor coste. Asimismo, la frecuencia de corte superior es mayor al realimentar, aumentando el ancho de banda. Asimismo, cuando se realiza realimentación positiva (conectando la salida a la entrada no inversora a través de un cuadripolo determinado) se buscan efectos muy distintos. El más aplicado es obtener un oscilador para el generar señales oscilantes.
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Comportamiento en corriente alterna (AC) En principio la ganancia calculada para continua puede ser aplicada para alterna, pero a partir de ciertas frecuencias aparecen limitaciones. (Ver sección de limitaciones)
Análisis Para analizar un circuito en el que haya A.O. puede usarse cualquier método, pero uno habitual es: 1. Comprobar Comprobar si si tiene tiene realimenta realimentación ción negativa negativa 2. Si tiene realimentaci realimentación ón negativa negativa se pueden aplicar aplicar las reglas reglas del apartado apartado anterior anterior 3. Definir las las corrientes corrientes en cada cada una de las las ramas del circuito circuito 4. Aplicar el método método de los nodos en todos todos los nodos del circuito circuito excepto excepto en los de salida de los amplificador amplificadores es (porque en principio no se puede saber la corriente que sale de ellos) 5. Aplicando Aplicando las reglas del apartado apartado 2 resolver las ecuaciones ecuaciones para despejar despejar la tensión en los los nodos donde donde no se conozca.
Configuraciones Véase también: Anexo:Amplificadores operacionales con realimentación negativa
Comparador
• Esta es una aplicación aplicación sin la la retroalimentació retroalimentación. n. Compara Compara entre las dos entradas entradas y saca una una salida en función función de qué entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lógicos. •
Seguidor • Es aquel circuito circuito que que proporciona proporciona a la salida la la misma tensión tensión que que a la entrada. entrada.
• Se usa como un buffer, buffer, para para eliminar efectos efectos de carga carga o para adaptar impedanc impedancias ias (conectar (conectar un dispositivo dispositivo con con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa) • Como la la tensión tensión en las las dos dos patillas patillas de de entradas entradas es es igual: igual: V • Z = in
out
=V
in
∞
Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadísima, la de salida prácticamente nula, y puede ser útil, por ejemplo, para poder leer la tensión de un sensor con una intensidad muy pequeña que no afecte apenas a la medición. De hecho, es un circuito muy recomendado para realizar medidas de tensión lo más exactas posibles, pues al medir la tensión del sensor, la corriente pasa tanto por el sensor como por el voltímetro y la tensión a la entrada del voltímetro dependerá de la relación entre la resistencia del voltímetro y la resistencia del resto del conjunto formado por sensor, cableado y conexiones.
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Por ejemplo, si la resistencia interna del voltímetro es R (entrada del amplificador), la resistencia de la línea de e
cableado es R y la resistencia interna del sensor es R , entonces la relación entre la tensión medida por el voltímetro l
g
(V ) y la tensión generada por el sensor ( V ) será la correspondiente a este divisor de tensión: e
g
Por ello, si la resistencia de entrada del amplificador es mucho mayor que la del resto del conjunto, la tensión a la entrada del amplificador será prácticamente la misma que la generada por el sensor y se podrá despreciar la caída de tensión en el sensor y el cableado. Además, cuanto mayor sea la intensidad que circula por el sensor, mayor será el calentamiento del sensor y del resto del circuito por efecto Joule, lo cual puede afectar a la relación entre la tensión generada por el sensor y la magnitud medida.
No inversor
Como observamos, el voltaje de entrada, ingresa por el pin positivo, pero como conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo y positivo, conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular la relación que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeño divisor de tensión. • • Z = in
, lo cual nos supone una ventaja frente al amplificador inversor.
∞
Sumador inversor
• La salid salidaa est estáá inv inver ertid tidaa • Para resisten resistencias cias indepen independien dientes tes R , R ,... R 1
2
n
• • La expresión expresión se simplifica simplifica bastante bastante si se usan resistencias resistencias del mismo valor • Impeda Impedanc ncias ias de entra entrada: da: Z = R n
n
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Restador Inversor
• Para resisten resistencias cias indepen independien dientes tes R ,R ,R ,R : 1
2
3
4
• • Igual que que antes esta expresión expresión puede simplifi simplificarse carse con resistencias resistencias iguales iguales • La impedan impedancia cia difere diferencia nciall entre entre dos entrad entradas as es Z = R + R in
1
2
• Cabe destac destacar ar que este este tipo de de configu configuraci ración ón tiene tiene una una resistencia de entrada baja en comparación con otro tipo de restadores como por ejemplo el amplificador de instrumentación.
Integrador ideal
• Integ Integra ra e invi inviert ertee la seña señall (V y V in
out
son funciones dependientes del tiempo)
• • V
inicial
es la tensión de salida en el origen de tiempos
Nota: El integrador no se usa en la práctica de forma discreta ya que cualquier señal pequeña de DC en la entrada puede ser acumulada en el condensador hasta saturarlo por completo; sin mencionar la característica de offset del mismo operacional, que también es acumulada. Este circuito se usa de forma combinada en sistemas retroalimentados que son modelos basados en variables de estado (valores que definen el estado actual del sistema) donde el integrador conserva una variable de estado en el voltaje de su condensador.
Derivador ideal
• Deriva Deriva e invier invierte te la señal señal respecto respecto al tiemp tiempo o • • Este circuit circuito o tambié también n se usa usa como como filt filtro ro NOTA: Es un circuito que no se utiliza en la práctica porque no es estable. Esto se debe a que al amplificar más las señales de alta frecuencia se termina amplificando mucho el ruido.
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Conversor de corriente a voltaje El conversor de corriente a voltaje, se conoce también como Amplificador de transimpedancia, llegada a este una corriente (Iin), la transforma en un voltaje proporcional a esta, con una impedancia de entrada muy baja, ya que esta diseñado para trabajar con una fuente de corriente. Con el resistor R como factor de proporcionalidad, la relación resultante entre la corriente de entrada y el voltaje de salida es:
Su aplicación es en sensores, los cuales no pueden ser activados, con la poca corriente que sale de algún sensor , por lo que se acopla un A.O. que usa es poca corriente entregada, para dar salida a un voltaje (Vout)
Función exponencial y logarítmica El logaritmo y su función inversa, la función exponencial, son ejemplos también de configuraciones no lineales, las cuales aprovechan el funcionamiento exponencial del diodo, logrando una señal de salida proporcional al logaritmo o a la función exponencial a la señal de entrada. La señal de entrada, desarrollará una corriente proporcional al logaritmo de su valor en el diodo en aproximación. Ello, en conjunto con la resistencia de salida R, la dependencia de la tensión de salida(Vout) como producto de la tensión de entrada(Vin) es:
Los factores n y m, son factores de corrección, que se determinan por la temperatura y de los parámetros de la ecuación del diodo. Para lograr la potenciación, simplemente se necesita cambiar la posición del diodo y de la resistencia, para dar lugar a una nueva ecuación,esta ecuación también acompañada por los factores de corrección n y m, muestra la siguiente dependencia de la tensión de salida con relación a la de entrada:
En la práctica, la realización de estas funciones en un circuito son más complicadas de construir, y en vez de usarse un diodo se usan transistores bipolares, para minimizar cualquier efecto no deseado, como es, sobre todo, la temperatura donde se trabaja. No obstante queda claro
que
el
principio
de
funcionamiento
de
la
configuración queda inalterado. En la realización de estos circuitos también podrían hacerse conexiones múltiples, por ejemplo, en el amplificador
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antilogarítmico las multiplicaciones son adiciones , mientras que en el logarítmico, las adiciones son multiplicaciones. A partir de ello, por ejemplo, se podrían realizar la combinación de dos amplificadores logarítmicos, seguidos de un sumador, y a la salida, un antilogarítmico, con lo cual se habría logrado un multiplicador analógico, en el cual la salida es el producto de las dos tensiones de entrada.
Convertidor Digital-Analogico (R-2R)
• Cualq Cualqui uiera era de de las ent entrad radas as ve una una • Si
en entonces
• Si
en entonces
Otros • Osci Oscila lado dore res, s, como como el puente de Wien • Conve Converti rtido dores res cargacarga-ten tensió sión n • Filt Filtro ross act activ ivo os • Girador permite permite construir construir convertidores convertidores de inmitancias inmitancias (simular (simular un inductor inductor empleando empleando un condensador, condensador, por ejemplo).
Aplicaciones • Calcu Calculad lador oras as analó analógi gicas cas • Filtros • Preampl Preamplifi ificado cadores res y buffe buffers rs de audi audio o y video video • Reg Regulado adores • Con Conversor sores • Evita Evitarr el el efec efecto to de carga carga • Adaptad Adaptadores ores de nivel niveles es (por (por ejempl ejemplo o CMOS CMOS y TTL) TTL)
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Estructura interna del 741 Aunque es usual presentar al A.O. como una caja negra con características ideales es importante entender la forma en que funciona, de esta forma se podrá entender mejor las limitaciones que presenta. Los diseños varían entre cada fabricante y cada producto, pero todos los A.O. tienen básicamente la misma estructura interna, que consiste en tres etapas: 1. Amplificador Amplificador diferencial: diferencial: es la etapa de entrada entrada que proporciona proporciona una baja amplificaci amplificación ón del ruido y gran impedancia de entrada. Suelen tener una salida diferencial. 2. Amplificador Amplificador de tensión: tensión: proporcio proporciona na una ganancia ganancia de tensión. tensión. 3. Amplificador Amplificador de salida: proporciona proporciona la capacidad capacidad de suministrar la corriente corriente necesaria, tiene tiene una baja impedancia de salida y, usualmente, protección frente a cortocircuitos.
Etapa de entrada Sistema de corriente constante Las condiciones de reposo de la etapa de entrada se fijan mediante una red de alimentación negativa de alta ganancia cuyos bloques principales son los dos espejos de corriente del lado izquierdo de la figura, delineados con rojo. El propósito
principal
de
la
realimentación negativa (suministrar una
corriente
estable
a
la
etapa
diferencial de entrada) se realiza como sigue. La corriente a través de la resistencia
Diagrama electrónico del operacional 741.
de 39 kΩ actúa como una referencia de corriente para las demás corrientes de polarización usadas en el integrado. La tensión sobre esta resistencia es igual a la tensión entre los bornes de alimentación ( por lo tanto la corriente es
) menos dos caídas de diodo de transistor (Q11 y Q12), . El espejo de corriente Widlar formado por Q10,
Q11, y la resistencia de 5Kohm genera una pequeña fracción de Iref en el colector de Q10. Esta pequeña corriente constante entregada por el colector de Q10 suministra las corrientes de base de Q3 y Q4, así como la corriente de colector de Q9. El espejo Q8/Q9 fuerza a la corriente de colector de Q9 a ser igual a la suma de las corrientes de colector de Q3 y Q4. Por lo tanto las corrientes de base de Q3 y Q4 combinadas (que son del mismo orden que las corrientes de entrada del integrado) serán una pequeña fracción de la ya pequeña corriente por Q10. Entonces, si la etapa de entrada aumenta su corriente por alguna razón, el espejo de corriente Q8/Q9 tomará corriente de las bases de Q3 y Q4, reduciendo la corriente de la etapa de entrada, y viceversa. El lazo de realimentación además aísla el resto del circuito de señales de modo común al forzar la tensión de base de Q3/Q4 a seguir debajo de la mayor de las dos tensiones de entrada.
por
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Amplificador diferencial El bloque delineado con azul es un amplificador diferencial. Q1 y Q2 son seguidores de emisor de entrada y junto con el par en base común Q3 y Q4 forman la etapa diferencial de entrada. Además, Q3 y Q4 actúan como desplazadores de nivel y proporcionan ganancia de tensión para controlar el amplificador clase A. También ayudan a mejorar la máxima tensión
inversa de los transistores de entrada (la tensión de ruptura de las junturas
base-emisor de los transistores NPN Q1 y Q2 es de 7 V aproximadamente, mientras que los transistores PNP Q3 y Q4 tienen rupturas del orden de 50 V). El amplificador diferencial formado por los cuatro transistores Q1-Q4 controlan un espejo de corriente como carga activa formada por los tres transistores Q5-Q7 (Q6 es la verdadera carga activa). Q7 aumenta la precisión del espejo al disminuir la fracción de corriente de señal tomada de Q3 para controlar las bases de Q5 y Q6. Esta configuración ofrece una conversión de diferencial a asimétrica de la siguiente forma: La señal de corriente por Q3 es la entrada del espejo de corriente mientras que su salida (el colector de Q6) se conecta al colector de Q4. Aquí las señales de corriente de Q3 y Q4 se suman. Para señales de entrada diferenciales, las señales de corriente de Q3 y Q4 son iguales y opuestas. Por tanto, la suma es el doble de las señales de corriente individuales. Así se completa la conversión de diferencial a modo asimétrico. La tensión en vacío en este punto está dada por el producto de la suma de las señales de corriente y el paralelo de las resistencias de colector de Q4 y Q6. Como los colectores de Q4 y Q6 presentan resistencias dinámicas altas a la señal de corriente, la ganancia de tensión a circuito abierto de esta etapa es muy alta. Nótese que la corriente de base de las entradas no es cero y la impedancia de entrada efectiva (diferencial) de un 741 es del orden de 2 MΩ. Las patas "offset null" pueden usarse para conectar resistencias externas en paralelo con las dos resistencias internas de 1 kΩ (generalmente los extremos de un potenciómetro) para balancear el espejo Q5/Q6 y así controlar indirectamente la salida del operacional cuando se aplica una señal igual a cero a las entradas.
Etapa de ganancia clase A El bloque delineado con magenta es la etapa de ganancia clase A. El espejo superior derecho Q12/Q13 carga esta etapa con una corriente constante, desde el colector de Q13, que es prácticamente independiente de la tensión de salida. La etapa consiste en dos transistores NPN en configuración Darlington y utiliza la salida del espejo de corriente como carga activa de alta impedancia para obtener una elevada ganancia de tensión. El condensador de 30 pF ofrece una realimentación negativa selectiva en frecuencia a la etapa clase A como una forma de compensación en frecuencia para estabilizar el amplificador en configuraciones con relimentación. Esta técnica se llama compensación Miller y funciona de manera mane ra similar a un circuito integrador con amplificador operacional. También se la conoce como "compensación por polo dominante" porque introduce un polo dominante (uno que enmascara los efectos de otros polos) en la respuesta en frecuencia a lazo abierto. Este polo puede ser tan bajo como 10 Hz en un amplificador 741 e introduce una atenuación de -3 dB a esa frecuencia. Esta compensación interna se usa para garantizar la estabilidad incondicional del amplificador en configuraciones con realimantación negativa, en aquellos casos en que el lazo de realimentación no es reactivo y la ganancia de lazo cerrado es igual o mayor a uno. De esta manera se simplifica el uso del amplificador operacional ya que no se requiere compensación externa para garantizar la estabilidad cuando la ganancia sea unitaria; los amplificadores sin red de compensación interna pueden necesitar compensación externa o ganancias de lazo significativamente mayores que uno.
Circuito de polarización de salida El bloque delineado con verde (basado en Q16) es un desplazador de nivel de tensión (o multiplicador de
); un
tipo de fuente de tensión. En el circuito se puede ver que Q16 suministra una caída de tensión constante entre colector y emisor independientemente de la corriente que lo atraviesa. Si la corriente de base del transistor es despreciable, y la tensión entre base y emisor (y a través de la resistencia de 7.5 kΩ) es 0.625 V (un valor típico para un BJT en la región activa), entonces la corriente que atraviesa la resistencia de 4.5 kΩ será la misma que atraviesa
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7.5 kΩ, y generará una tensión de 0.375 V. Esto mantiene la caída de tensión en el transistor, y las dos resistencias en 0.625 + 0.375 = 1 V. Esto sirve para polarizar los dos transistores de salida ligeramente en condicción reduciendo la distorsión "crossover". En algunos amplificadores con componentes discretos esta función se logra con (generalmente dos en serie) diodos de silicio.
Etapa de salida La etapa de salida (delineada con cian) es un amplificador seguidor de emisor push-pull Clase AB (Q14, Q20) cuya polarización está fijada por el multiplicador de
Q16 y sus dos resistencias de base. Esta etapa está controlada
por los colectores de Q13 y Q19. Las variaciones en la polarización por temperatura, o entre componentes del mismo tipo son comunes, por lo tanto la distorsión "crossover" y la corriente de reposo puede sufrir variaciones. El rango de salida del amplificador es aproximadamente un voltio menos que la tensión de alimentación, debido en parte a la tensión
de los transistores de salida Q14 y Q20.
La resistencia de 25 Ω en la etapa de salida sensa la corriente para limitar la corriente que entrega el seguidor de emisor Q14 a unos 25 mA aproximadamente para el 741. La limitación de corriente negativa se obtiene sensando la tensión en la resistencia de emisor de Q19 y utilizando esta tensión para reducir tirar hacia abajo la base de Q15. Versiones posteriores del circuito de este amplificador pueden presentar un método de limitación de corriente ligeramente diferente. La impedancia de salida no es cero, como se esperaría en un amplificador operacional ideal, sin embargo se aproxima a cero con realimentación negativa a frecuencias bajas. Nota: aunque el 741 se ha utilizado históricamente en audio y otros equipos sensibles, hoy en día es raro debido a las características de ruido mejoradas de los operacionales más modernos. Además de generar un "siseo" perceptible, el 741 y otros operacionales viejos pueden presentar relaciones de rechazo al modo común muy pobres por lo que generalmente introducirán zumbido a través de los cables de entrada y otras interferencias de modo común, como chasquidos por conmutación, en equipos sensibles. El "741" usualmente se utiliza para referirse a un operacional integrado genérico (como el uA741, LM301, 558, LM342, TBA221 - o un reemplazo más moderno como el TL071). La descripción de la etapa de salida del 741 es cualitativamente similar a la de muchos otros diseños (que pueden tener etapas de entrada muy diferentes), excpetuando que: • Algunos disposit dispositivos ivos (uA748, (uA748, LM301 LM301 y LM308) no no tienen compensaci compensación ón interna interna (necesitan un un condensador condensador externo entre la salida y algún punto intermedio en el amplificador operacional, si se utilizan en aplicaciones de baja ganancia de lazo cerrado). • Algunos disposit dispositivos ivos modernos modernos tienen tienen excursión excursión completa completa de salida entre entre las tensiones tensiones de alimentación alimentación (menos (menos unos pocos milivoltios).
Parámetros • Ganancia en lazo lazo abierto. abierto. Indica la ganancia ganancia de tensión tensión en ausencia ausencia de realimentación realimentación.. Se puede expresar expresar en unidades naturales (V/V, V/mV) o logarítmicas (dB). Son valores habituales 100.000 a 1.000.000 V/V. • Tensión en modo común. Es Es el valor valor medio de de tensión tensión aplicado aplicado a ambas entradas entradas del operacional. operacional. • Tensión de de Offset. Es la diferencia diferencia de tensión, tensión, aplicada aplicada a través través de resistencias resistencias iguales, iguales, entre las entradas entradas de un operacional que hace que su salida tome el valor cero. • Corriente Corriente de Offset. Es la diferencia diferencia de de corriente corriente entre las dos entradas entradas del operacion operacional al que hace que su salida salida tome el valor cero. • Marge Margen n de ent entrad radaa difer diferenc encia iall. Es la mayor diferencia de tensión entre las entradas del operacional que mantienen el dispositivo dentro de las especificaciones. especificaciones. • Corri Corrient entes es de de polar polariza izació ción n ( Bias Bias) de entrada. Corriente media que circula por las entradas del operacional en ausencia de señal
Amplificador operacional • Slew rate. Es la relación entre la variación de la tensión de salida máxima respecto de la variación del tiempo. El amplificador será mejor cuanto mayor sea el Slew Rate. Se mide en V/μs, kV/μs o similares. El slew rate está limitado por la compensación en frecuencia de la mayoría de los amplificadores operacionales. Existen amplificadores no compensados (con mayor slew rate) usados principalmente en comparadores, y en circuitos osciladores, debido de hecho a su alto riesgo de oscilación. • Relación de de Rechazo en Modo Común Común (RRMC, o CMRR en sus sus siglas en inglés). Relación entre la ganancia ganancia en modo diferencial y la ganancia en modo común.
Limitaciones Saturación Un A.O. típico no puede suministrar más de la tensión a la que se alimenta, normalmente el nivel de saturación es del orden del 90% del valor con que se alimenta. Cuando se da este valor se dice que satura, pues ya no está amplificando. La saturación puede ser aprovechada por ejemplo en circuitos comparadores. Un concepto asociado a éste es el Slew rate
Tensión de offset Es la diferencia de tensión que se obtiene entre los dos pines de entrada cuando la tensión de salida es nula, este voltaje es cero en un amplificador ideal lo cual no se obtiene en un amplificador real. Esta tensión puede ajustarse a cero por medio del uso de las entradas de offset (solo en algunos modelos de operacionales) en caso de querer precisión. El offset puede variar dependiendo de la temperatura (T) del operacional como sigue:
Donde T es una temperatura de referencia. 0
Un parámetro importante, a la hora de calcular las contribuciones a la tensión de offset en la entrada de un operacional es el CMRR (Rechazo al modo común). Ahora también puede variar dependiendo de la alimentación del operacional, a esto se le llama PSRR (power supply rejection ratio, relación de rechazo a la fuente de alimentación). La PSRR es la variación del voltaje de offset respecto a la variación de los voltajes de alimentación, expresada en dB. Se calcula como sigue:
Corrientes Aquí hay dos tipos de corrientes que considerar y que los fabricantes suelen proporcionar: • • Idealmente ambas deberían ser cero.
Característica tensión-frecuencia Al A.O. típico también se le conoce como amplificador realimentado en tensión (VFA). En él hay una importante limitación respecto a la frecuencia: El producto de la ganancia en tensión por el ancho de banda es constante. Como la ganancia en lazo abierto es del orden de 100.000 un amplificador con esta configuración sólo tendría un ancho de banda de unos pocos Hercios(Hz). Al realimentar negativamente se baja la ganancia a valores del orden de 10 a cambio de tener un ancho de banda aceptable. Existen modelos de diferentes A.O. para trabajar en frecuencias superiores, en estos amplificadores prima mantener las características a frecuencias más altas que el resto,
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sacrificando a cambio un menor valor de ganancia u otro aspecto técnico.
Capacidades El A.O. presenta capacidades (capacitancias) parásitas, las cuales producen una disminución de la ganancia conforme se aumenta la frecuencia.
Deriva térmica Debido a que una unión semiconductora varía su comportamiento con la temperatura, los A.O. también cambian sus características, en este caso hay que diferenciar el tipo de transistor en el que está basado, así las corrientes anteriores variarán de forma diferente con la temperatura si son bipolares o JFET.
Enlaces externos • Intr Introd oduc ucci ción ón a los los A.O. en castellano
[1]
• El Amplificad Amplificador or operacion operacional: al: Fundamentos Fundamentos y aplicacion aplicaciones es básicas básicas • Conf Config igur urac acio ione ness
[2]
[3]
• Conf Config igur urac acio ione ness II II
[4]
• Conf Config igur urac acio ione ness III III
[5]
(PDF)
• Hojas Hojas de datos datos del 741 741 de Natio National nal Semic Semicond onducto uctorr
[6]
• Estudio Estudio en laborat laboratori orio o del Amplifi Amplificado cadorr Operacion Operacional al
(PDF)
[7]
En inglés: • IC OpOp-Amp Ampss Thro Throug ugh h the the Ages Ages
[8]
Lee . Historia de los Operacionales: del uA702 hasta operacionales , por T. H. Lee.
cmos Rail-to-rail y realimentados en corriente. • Desig Designi ning ng Analo Analog g Chip Chipss
[9]
, por by Hans Camenzind (Diseñador del NE555). Es un libro en PDF muy completo
que apenas requiere conocimientos previos. • Primeros Primeros Amplifi Amplificado cadores res operacio operacionale naless
[10]
Realizados con válvulas termoiónicas.
Referencias [1] [1] http http:/ :/ / www.cienciasmisticas. www.cienciasmisticas. com.ar/ com. ar/ electronica/ electronica/ semi/ semi/ ao/ ao/ index.php index. php [2] [2] http http:/ :/ / grupos.unican. grupos. unican.es/ es/ dyvci/ dyvci/ ruizrg/ ruizrg/ html.files/ html. files/ LibroWeb.html#Tema_8 LibroWeb. html#Tema_8 [3] [3] http http:/ :/ / www.rfcafe. www.rfcafe.com/ com/ references/ references/ electrical/ electrical/ opamps.htm opamps. htm [4] [4] http http:/ :/ / hyperphysics.phy-astr. hyperphysics. phy-astr.gsu. gsu.edu/ edu/ hbase/ hbase/ electronic/ electronic/ opampvar.html opampvar. html [5] [5] http http:/ :/ / www-micrel. www-micrel. deis.unibo. deis. unibo.it/ it/ ~benini/ ~benini/ ELEI/ ELEI/ Reading/ Reading/ AN-31.pdf AN-31. pdf [6] [6] http http:/ :/ / www.national. www.national.com/ com/ ds/ ds/ LM/ LM/ LM741.pdf LM741. pdf [7] [7] http http:/ :/ / www.viasatelital. www.viasatelital. com/ proyectos_electronicos/ amplificador_operacional_lab. proyectos_electronicos/ amplificador_operacional_lab. htm [8] [8] http http:/ :/ / webapps.calvin. webapps. calvin.edu/ edu/ ~pribeiro/ ~pribeiro/ courses/ courses/ engr332/ engr332/ Handouts/ Handouts/ ho18opamp.pdf ho18opamp. pdf [9] [9] http http:/ :/ / www.designinganalogchips. www.designinganalogchips. com/ [10] [10] http http:/ :/ / www.national. www.national.com/ com/ rap/ rap/ vacuumtubes.html vacuumtubes. html
Fuentes y contribuyentes del artículo
Fuentes y contribuyentes del artículo Amplificador operacional Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?old http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=56870554 id=56870554 Contribuyentes: Agente Smith 100, Airunp, Analbertocorrea, Andreasmperu, Andres1980b, Angel GN, Antur, Armando-Martin, Balderai, Banfield, Beto29, Biohazard910, Carmin, Cesio, Crakem, DFTDER, Daikrieg, Dasaqui, Diegusjaimes, Digigalos, Dodo, Dyvci, Gelpgim22, Guevonaso, Gusgus, HUB, Haydea, Humanoc, Igna, Isha, JaviMad, Jkbw, Jorge 2701, Jorgelrm, Jvelasco85, Karshan, Khattab01, Kiroh, Klystrode, Kordas, Kved, Laura Fiorucci, Lucien leGrey, Luckas Blade, Luis Beto xD, Luisda1984, Mahadeva, Manolo456, Manuelt15, MarcoAurelio, Matdrodes, Murphy era un optimista, Nolaiz, PACO, Petruss, Phirosiberia, Piero71, Racso, Sabbut, Shooke, Snakeyes, SuperBraulio13, SuperJoe, Technopat, Xibi, Xxunil, 399 ediciones anónimas
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