Upload
lamnhan
View
229
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
Sesión 25Aplicaciones del
Amplificador Operacional
Componentes y Circuitos ElectrónicosJosé A. Garcia Souto / Isabel Pérez
www.uc3m.es/portal/page/portal/dpto_tecnologia_electronica/Personal/JoseAntonioGarcia
Aplicaciones del amplificador operacional
OBJETIVOS
• Analizar circuitos de aplicación lineales con amplificadores operacionales
• Revisar el análisis al considerar parámetros básicos de un amplificador operacional real
• Distinguir circuitos de aplicación no lineales con amplificadores operacionales y entender su
2
amplificadores operacionales y entender su principio de funcionamiento
UC3M 2009 CCE - Sesión 25
Introducción: Realimentación negativa
AMPLIFICADOR IDEAL REALIMENTADO
si soAsε s = G·s+-
si soA
β
sr
sε
βA
A
Si
SoG
+==1
so = G·si
1
UC3M 2009 3CCE - Sesión 25
[A → ∞]β
1≈G
SiSo ·1
β≈
sε → 0
Aβ>>1
Aplicación lineal AO-IDEAL
Av→∞
Vo
+Vcc
Av→∞
Vi
-Vee
Gv≈1/β
vo = Av ⋅vid vid = 0 v+ = v-
Comportamiento Lineal Cortocircuito virtual
Realimentación negativaUC3M 2009 4CCE - Sesión 25
Aplicaciones lineales del amplificador operacional
ÍNDICE
• Amplificador inversor• Amplificador no inversor• Seguidor de tensión• Sumador inversor • Amplificador diferencial
5
• Amplificador diferencial• Conversor tensión-corriente• Conversor corriente-tensión• Filtro paso bajo / Integrador
UC3M 2009 CCE - Sesión 25
Amplificador inversor
• Cortocircuito virtual:v+=v-• i(R1)=i(R2)=i
Rvvv −
6UC3M 2009 CCE - Sesión 25
1
2
21 R
R
v
v
R
v
R
v
i
ooi −=⇒−
=
Amplificador no inversor
-
+vi
RR
vo
R2R1
• Cortocircuito virtual:v+=v-• i(R1)=i(R2)=i
Rvv
7UC3M 2009 CCE - Sesión 25
1
2
21
11 1··R
R
v
v
RR
vRiRv
i
ooi +=⇒
+==
Seguidor de tensión
• Cortocircuito virtual:v+=v- 1=⇒=i
oio
v
vvv
∞→R
8UC3M 2009 CCE - Sesión 25
⇒
→
∞→
0o
i
R
RADAPTADOR DE IMPEDANCIAS
Sumador inversor
• Cortocircuito virtual:v+ = v -= 0• i(RF) = i(R1) + i(R2)…+ i(Rn)
9UC3M 2009 CCE - Sesión 25
++−=⇒++=
−n
n
FFFo
n
n
F
o vR
Rv
R
Rv
R
Rv
R
v
R
v
R
v
R
v...... 2
2
1
12
2
1
1
Amplificador diferencial
• Superposición+
-
V
R1
Vo
V1
R2
+V2
Vo
R1
R2
21 vovoo vvv +=
12
1v
R
Rv
vo−=
( )R
10UC3M 2009 CCE - Sesión 25
1
11
vR
vvo
−=
2
1
22
21
2
1
2
2···1 v
R
Rv
RR
R
R
Rv
vo=
+
+=
( )12
1
2 vvR
Rvo −=
Conversor corriente-tensión
iRv ·−= FFo iRv ·−=
11UC3M 2009 CCE - Sesión 25
Circuito acondicionamiento fotodiodo
Filtro paso bajo/integrador
vi
R1
R2
C
-
+
viZ1
Z2
vo
i-=0
i+=0
i
• Cortocircuito virtual:v+=v-• i(Z1)=i(Z2)=i
-
+
vivo
+
CRj
R
R
R
CRj
R
Z
Zj
v
v
i
o
2
1
2
1
2
2
1
2
1
1)(
ω
ωω
+
−
=+
−=−=CR
c
2
1=ωPolo:
|vo/vi(jωωωω)|(dB) ∠∠∠∠vo/vi(jωωωω)(º)
12UC3M 2009 CCE - Sesión 25
20log(R2/R1)
ωωωωc ωωωω(rad/s)
180º
ωωωωc ωωωω(rad/s)ωωωωc/10 10ωωωωc
-20dB/dec-45º/dec
90º
135º
Aplicaciones NO lineales del amplificador operacional
ÍNDICE
• Circuitos con diodosLimitadores y rectificadores de precisión
• Circuitos comparadores• Comparador con histéresis• Oscilador de relajación
13
• Oscilador de relajación
UC3M 2009 CCE - Sesión 25
Aplicaciones No LinealesAplicaciones No Linealesdel Amplificador Operacional
Circuitos con diodosLimitadores y rectificadores Limitadores y rectificadores
de precisión
Problema a resolver con rectificadores de precisión
Vo
Vi
Vo
Vγγγγ
0 200 400 600 800 1000
UC3M 2009 15CCE - Sesión 25
Limitador básico (por analogía)
Vo
Vo
Diodo OFFDiodo ON
Vi
-Vγγγγ
-Vγγγγ
ViVγγγγ/Av
Diodo OFFDiodo ON
UC3M 2009 16CCE - Sesión 25
Otros limitadores
Vo
Diodo ONDiodo OFFVo
Vi
Vi
Diodo OFF
Diodo ON
Vr
Vr
UC3M 2009 17CCE - Sesión 25
Rectificador de media onda
VoD1 OFF D2 ON
D1 ON D2 OFF
Vi
UC3M 2009 18CCE - Sesión 25
Análisis típico
UC3M 2009 19CCE - Sesión 25
Rectificador de media onda
UC3M 2009 20CCE - Sesión 25
Rectificador de onda completa
UC3M 2009 21CCE - Sesión 25
Rectificador de onda completa
UC3M 2009 22CCE - Sesión 25
Aplicaciones No LinealesAplicaciones No Linealesdel Amplificador Operacional
Comparador con histéresisOscilador de relajaciónOscilador de relajación
A.O. como comparador
V
Vid
Vo
+Vcc
-Vcc
UC3M 2009 24CCE - Sesión 25
Comparador no inversor
Vo
Vi
Vo
+Vcc
-Vcc
UC3M 2009 25CCE - Sesión 25
Comparador inversor
Vo
Vi
Vo
+Vcc
-Vcc
UC3M 2009 26CCE - Sesión 25
Comparador con una referencia
Vo
Vi
+Vcc
+Vref
-Vcc
UC3M 2009 27CCE - Sesión 25
Ídem referencia negativa
Vo
Vi
+Vcc
-Vref
-Vcc
UC3M 2009 28CCE - Sesión 25
Comparador con HistéresisVo
+Vcc
Vi
-V
-Vr +Vr
-Vcc
Vr=β·Vcc21
1
RR
R
+=β
UC3M 2009 29CCE - Sesión 25
Oscilador de relajación
+Vcc
+Vr
-Vr
-Vcc
-Vr
Vr=β·Vcc21
1
RR
R
+=β
UC3M 2009 30CCE - Sesión 25
Temporización (Frecuencia de Oscilación)
+Vcc
+Vr
+Vcc
+Vr
-Vcc
+Vr
-Vr
-Vcc
+Vr
-Vr
t t
+==
2
121
21ln
R
RRCtt
21 RRsi =
-V
t1 t2
RCRCtT 2,23ln22 2 ≈==
UC3M 2009 31CCE - Sesión 25
Histéresis con Umbral VRVo
+Vcc
Vi
-V
VR-Vr VR+VrVR
-Vcc
VccRR
RVr
21
1
+=refR V
RR
RV
21
2
+=
UC3M 2009 32CCE - Sesión 25
Comparador con histéresis NO inversor
Vo
+Vcc
Vi
+Vcc
-Vr +Vr
-Vcc
Vr=β·Vcc2
1
R
R=β
UC3M 2009 33CCE - Sesión 25
Aplicaciones No LinealesAplicaciones No Linealesdel Amplificador Operacional
Otros circuitos ComparadoresGenerador de onda triangularGenerador de onda triangular
Otros circuitos comparadoresHistéresis con umbral VR (II)
UC3M 2009 35CCE - Sesión 25
Otros circuitos comparadoresComparador con histéresis generalizado
UC3M 2009 36CCE - Sesión 25
Otros circuitos comparadores(Limitación del rango de salida)
UC3M 2009 37CCE - Sesión 25
Otros circuitos comparadoresHistéresis asimétrica
UC3M 2009 38CCE - Sesión 25
Generación de pulsos
UC3M 2009 39CCE - Sesión 25