INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE ALVARADO Campus Medelln

INGENIERIA MECANICA

MATERIA: Sistemas Electronicos

Semestre Grupo - Sistema:4TO SEMESTRE GRUPO A - ESCOLARIZADO

Producto Acadmico: AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y POLARIZACION POR DIVISOR DE TENSION

Presenta:CARLOS ROBERTO CALDERN HERNANDEZ

Docente: ING. ANGEL CASTELAN HERNANDEZ

MEDELLN DE BRAVO, VER. MARZO 2015

AMPLIFICDORES OPERACIONALES Y POLARIZACION POR DIVISOR DE TENSION

INTRODUCION

INDICE

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas caractersticas de operacin estaban determinadas por los elementos de realimentacin utilizados. Cambiando los tipos y disposicin de los elementos de realimentacin, podan implementarse diferentes operaciones analgicas; en gran medida, las caractersticas globales del circuito estaban determinadas slo por estos elementos de realimentacin. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseo de circuitos.Los fundamentos bsicos del amplificador operacional ideal son relativamente fciles. Quizs, lo mejor para entender el amplificador operacional ideal es olvidar todos los pensamientos convencionales sobre los componentes de los amplificadores, transistores, tubos u otros cualesquiera. En lugar de pensar en ellos, piensa en trminos generales y considere el amplificador como una caja con sus terminales de entrada y salida. Trataremos, entonces, el amplificador en ese sentido ideal, e ignoraremos qu hay dentro de la caja.

V0 = a Vd a = infinito Ri = infinito Ro = 0 BW (ancho de banda) = infinito V0 = 0 s Vd = 0En la figura se muestra un amplificador idealizado. Es un dispositivo de acoplo directo con entrada diferencial, y un nico terminal de salida. El amplificador slo responde a la diferencia de tensin entre los dos terminales de entrada, no a su potencial comn. Una seal positiva en la entrada inversora (-), produce una seal negativa a la salida, mientras que la misma seal en la entrada no inversora (+) produce una seal positiva en la salida. Con una tensin de entrada diferencial, Vd, la tensin de salida, Vo, ser a Vd, donde a es la ganancia del amplificador. Ambos terminales de entrada del amplificador se utilizarn siempre independientemente de la aplicacin. La seal de salida es de un slo terminal y est referida a masa, por consiguiente, se utilizan tensiones de alimentacin bipolares ( )Teniendo en mente estas funciones de la entrada y salida, podemos definir ahora las propiedades del amplificador ideal. Son las siguientes:1. La ganancia de tensin es infinita:

2. La resistencia de entrada es infinita:

3. La resistencia de salida es cero:Ro = 04. El ancho de banda es infinito:

5. La tensin offset de entrada es cero:V0 = 0 s Vd = 0A partir de estas caractersticas del AO, podemos deducir otras dos importantes propiedades adicionales. Puesto que, la ganancia en tensin es infinita, cualquier seal de salida que se desarrolle ser el resultado de una seal de entrada infinitesimalmente pequea. CONFIGURACIONES BSICAS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Los amplificadores operacionales se pueden conectar segn dos circuitos amplificadores bsicos: las configuraciones (1) inversora y (2) no inversora. Casi todos los dems circuitos con amplificadores operacionales estn basados, de alguna forma, en estas dos configuraciones bsicas. Adems, existen variaciones estrechamente relacionadas de estos dos circuitos, ms otro circuito bsico que es una combinacin de los dos primeros: el amplificador diferencial.

Aplicando las propiedades anteriormente establecidas del AO ideal, las caractersticas distintivas de este circuito se pueden analizar como sigue.Puesto que el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollar su tensin de salida, V0, con tensin de entrada nula. Ya que, la entrada diferencial de A es:Vd= Vp- Vn, ==> Vd= 0.- Y si Vd= 0,entonces toda la tensin de entrada Vi, deber aparecer en R1, obteniendo una corriente en R1

Vn est a un potencial cero, es un punto detierra virtualToda la corriente I que circula por R1pasar por R2, puesto que no se derivar ninguna corriente hacia la entrada del operacional (Impedancia infinita), as pues el producto de I por R2ser igual a - V0

por lo que:

EL AMPLIFICADOR NO INVERSORLa segunda configuracin bsica 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 tensin Vise aplica a la entrada (+), y una fraccin de la seal de salida, Vo, se aplica a la entrada (-) a travs del divisor de tensin R1- R2. Puesto que, no fluye corriente de entrada en ningn terminal de entrada, y ya que Vd= 0, la tensin en R1 ser igual a Vi.As puesy como

tendremos pues que:

que si lo expresamos en trminos de ganancia:

que es la ecuacin caracterstica de ganancia para el amplificador no inversor ideal.Tambin se pueden deducir propiedades adicionales para esta configuracin. El lmite inferior de ganancia se produce cuando R2= 0, lo que da lugar a una ganancia unidad.En el amplificador inversor, la corriente a travs de R1siempre determina la corriente a travs de R2, independientemente del valor de R2, esto tambin es cierto en el amplificador no inversor. Luego R2puede utilizarse como un control de ganancia lineal, capaz de incrementar la ganancia desde el mnimo unidad hasta un mximo de infinito. La impedancia de entrada es infinita, puesto que se trata de un amplificador ideal.

CONFIGURACIONES BASADAS EN LOS CIRCUITOS INVERSOR Y NO INVERSOREL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL.-Una tercera configuracin del AO conocida como el amplificador diferencial, es una combinacin de las dos configuraciones anteriores. Aunque est basado en los otros dos circuitos, el amplificador diferencial tiene caractersticas nicas. Este circuito, mostrado en la figura 4, tiene aplicadas seales en ambos terminales de entrada, y utiliza la amplificacin diferencial natural del amplificador operacional.

Fig. 4Para comprender el circuito, primero se estudiarn las dos seales de entrada por separado, y despus combinadas. Como siempre Vd= 0 y la corriente de entrada en los terminales es cero.Recordar que Vd= V(+) - V(-) ==> V(-) = V(+)La tensin a la salida debida a V1la llamaremos V01

y como V(-) = V(+)La tensin de salida debida a V1(suponiendo V2= 0) valdr:

Y la salida debida a V2(suponiendo V1= 0) ser, usando la ecuacin de la ganancia para el circuito inversor, V02

Y dado que, aplicando el teorema de la superposicin la tensin de salida V0= V01+ V02y haciendo que R3sea igual a R1y R4igual a R2tendremos que:por lo que concluiremos

que expresando en trminos de ganancia:

QUE ES LA GANANCIA DE LA ETAPA PARA SEALES EN MODO DIFERENCIALEsta configuracin es nica porque puede rechazar una seal comn a ambas entradas. Esto se debe a la propiedad de tensin de entrada diferencial nula, que se explica a continuacin.En el caso de que las seales V1y V2sean idnticas, el anlisis es sencillo. V1se dividir entre R1y R2, apareciendo una menor tensin V(+) en R2. Debido a la ganancia infinita del amplificador, y a la tensin de entrada diferencial cero, una tensin igual V(-) debe aparecer en el nudo suma (-). Puesto que la red de resistencias R3y R4es igual a la red R1y R2, y se aplica la misma tensin a ambos terminales de entrada, se concluye que Vo debe estar a potencial nulo para que V(-) se mantenga igual a V(+); Vo estar al mismo potencial que R2, el cual, de hecho est a masa. Esta muy til propiedad del amplificador diferencial, puede utilizarse para discriminar componentes de ruido en modo comn no deseables, mientras que se amplifican las seales que aparecen de forma diferencial. Si se cumple la relacin

La ganancia para seales en modo comn es cero, puesto que, por definicin, el amplificador no tiene ganancia cuando se aplican seales iguales a ambas entradas.Las dos impedancias de entrada de la etapa son distintas. Para la entrada (+), la impedancia de entrada es R1+ R2. La impedancia para la entrada (-) es R3. La impedancia de entrada diferencial (para una fuente flotante) es la impedancia entre las entradas, es decir, R1+R3. EL SUMADOR INVERSORUtilizando la caracterstica de tierra virtual en el nudo suma (-) del amplificador inversor, se obtiene una til modificacin, el sumador inversor,figura 5.

En este circuito, como en el amplificador inversor, la tensin V(+) est conectada a masa, por lo que la tensin V(-) estar a una masa virtual, y como la impedancia de entrada es infinita toda la corriente I1circular a travs de RFy la llamaremos I2. Lo que ocurre en este caso es que la corriente I1es la suma algebraica de las corrientes proporcionadas por V1, V2y V3, es decir:

y tambin

Como I1= I2concluiremos que:

que establece que la tensin de salida es la suma algebraica invertida de las tensiones de entrada multiplicadas por un factor corrector, que el alumno puede observar que en el caso en que RF= RG1= RG2= RG3==> VOUT= - (V1+ V2+ V3)La ganancia global del circuito la establece RF, la cual, en este sentido, se comporta como en el amplificador inversor bsico. A las ganancias de los canales individuales se les aplica independientemente los factores de escala RG1, RG2, RG3,... tc. Del mismo modo, RG1, RG2y RG3son las impedancias de entrada de los respectivos canales.Otra caracterstica interesante de esta configuracin es el hecho de que la mezcla de seales lineales, en el nodo suma, no produce interaccin entre las entradas, puesto que todas las fuentes de seal alimentan el punto de tierra virtual. El circuito puede acomodar cualquier nmero de entradas aadiendo resistencias de entrada adicionales en el nodo suma.Aunque los circuitos precedentes se han descrito en trminos de entrada y de resistencias de realimentacin, las resistencias se pueden reemplazar por elementos complejos, y los axiomas de los amplificadores operacionales se mantendrn como verdaderos. Dos circuitos que demuestran esto, son dos nuevas modificaciones del amplificador inversor. EL INTEGRADORSe ha visto que ambas configuraciones bsicas del AO actan para mantener constantemente la corriente de realimentacin, IF igual a IIN.

Fig. 6Una modificacin del amplificador inversor, el integrador, mostrado en la figura 6, se aprovecha de esta caracterstica. Se aplica una tensin de entrada VIN, a RG, lo que da lugar a una corriente IIN.Como ocurra en el amplificador inversor, V(-) = 0, puesto que V(+) = 0, y por tener impedancia infinita toda la corriente de entrada Iin pasa hacia el condensador CF, llamaremos a esta corriente IF.El elemento realimentador en el integrador es el condensador CF. Por consiguiente, la corriente constante IF, en CF da lugar a una rampa lineal de tensin. La tensin de salida es, por tanto, la integral de la corriente de entrada, que es forzada a cargar CF por el lazo de realimentacin.La variacin de tensin en CF es

lo que hace que la salida vare por unidad de tiempo segn:

Como en otras configuraciones del amplificador inversor, la impedancia de entrada es simplemente RGObsrvese el siguiente diagrama de seales para este circuito

Por supuesto la rampa depender de los valores de la seal de entrada, de la resistencia y del condensador.

EL DIFERENCIADORUna segunda modificacin del amplificador inversor, que tambin aprovecha la corriente en un condensador es el diferenciador mostrado en lafigura 7.

Fig. 7En este circuito, la posicin de R y C estn al revs que en el integrador, estando el elemento capacitativo en la red de entrada. Luego la corriente de entrada obtenida es proporcional a la tasa de variacin de la tensin de entrada:

De nuevo diremos que la corriente de entrada IIN, circular por RF, por lo que IF= IINY puesto que VOUT= - IFRFSustituyendo obtenemos

Obsrvese el siguiente diagrama de seales para este circuito

EL SEGUIDOR DE TENSINUna modificacin especial del amplificador no inversor es la etapa de ganancia unidad mostrada en la figura 8

En este circuito, la resistencia de entrada se ha incrementado hasta infinito, y RFes cero, y la realimentacin es del 100%. V0es entonces exactamente igual a Vi, dado que Es = 0. El circuito se conoce como "seguidor de emisor" puesto que la salida es una rplica en fase con ganancia unidad de la tensin de entrada. La impedancia de entrada de esta etapa es tambin infinita.

POLARIZACIN POR DIVISIR DE TENSION

Undivisor de tensines una configuracin de circuito elctrico que reparte latensinde una fuente entre una o ms impedanciasconectadas enserie.Supngase que se tiene una fuente de tensin, conectada en serie connimpedancias.Para conocer el voltajeen la impedancia genrica, se utiliza laley de Ohm:

Sustituyendo la segunda ecuacin en la primera se obtiene que el voltaje en la impedancia genricaser:

Obsrvese que cuando se calcula la cada de voltaje en cada impedancia y se recorre la malla cerrada, el resultado final es cero, respetndose por tanto la segundaley de Kirchhoff.Un circuito anlogo al divisor de tensin en el dominio de la corriente es eldivisor de corriente.DIVISOR RESISTIVOUn divisor resistivo es un caso especial donde ambas impedancias, Z1y Z2, son puramente resistivas.De ser as tenemos la siguiente frmula:

R1yR2pueden ser cualquier combinacin de resistencias en serie o paralelo.DIVISOR CAPACITIVO

Un divisor capacitivo es un caso especial donde ambas impedancias, Z1y Z2, son puramente capacitivas.De ser as tenemos la siguiente frmula:

C1yC2pueden ser cualquier combinacin decondensadoresen serie o paralelo.

CONCLUSION

BIBLIOGRAFIA

ANEXO

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