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8/2/2019 Tema3_Amplificadores
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1Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES
IEEE 125 Aniversary: http://www.flickr.com/photos/ieee125/with/2809342254/
https://reader009.{domain}/reader009/html5/0503/5aea5546f223a/5aea55488078b.jpg
8/2/2019 Tema3_Amplificadores
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2Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES
1.1. IntroducciIntroduccinn
2.2. AmplificadoresAmplificadores..3. Amplificadores bAmplificadores bsicos consicos con BJT.BJT.
4.4. Amplificadores bAmplificadores bsicos con MOSFET.sicos con MOSFET.
5.5. Circuitos integrados (TecnologCircuitos integrados (Tecnologa).a).
6.6. Amplificador Operacional (AO).Amplificador Operacional (AO).
7.7. Osciladores.Osciladores.
8.8. Problemas propuestos.Problemas propuestos.
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3Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Un Circuito Integrado es un circuito electrnico fabricadocompletamente sobre la cara superior de una delgada piezarectangular de semiconductor al que suele denominarse como chip.
Un CI contiene un gran nmero de transistores que realizan variasoperaciones:
Es difcil asignar una operacin o funcin a un solo transistor.
Es til considerar que un CI est formado por subcircuitos (conms de un transistor) que realizan funciones especficas.
INDICE:
Inicialmente, vamos a estudiar las propiedades de los circuitosms sencillos con UN SOLO TRANSISTOR
Despus vamos a estudiar como se fabrican los CIs
A continuacin, analizaremos el AMPLIFICADOROPERACIONAL
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.1. INTRODUCCI3.1. INTRODUCCINN
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/int/sist_digit/image020.jpg
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4Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Los circuitos electrnicos estn diseados para una operacin dinmica (con corrientes ytensiones en alterna):
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.1. INTRODUCCI3.1. INTRODUCCINN
Circuito equivalente de pequea seal:
B
)(tvi
BR CR
rci
+
bev
bi
bFi
E
C
BR
CR
CCV
BBV
)(tvi
)(tVBE
)(tVCE
)(tIC
)(tIBB
C
E
Para realizar el estudio el transistor o el circuito electrnico sesustituye por un modelo circuital (Modelo equivalente de pequea seal)
Previamente al estudio en pequea seal, debe estudiarse siempre la
operacin esttica (con corrientes y tensiones de continua): lapolarizacin de los transistores y la obtencin de sus POE.
PARA DISTINGUIR SEALES ac y dc convenio:
Seales DC: Smbolo y subndice en MAYUSCULA
Seales AC: Smbolo y subndice en minscula
Valor total de la seal (ac + dc): Smbolo minscula y
subndice en mayscula.
BI
bBB iIi +=
bi
Hoy en da los circuitos equivalentes son muy complejos, y requieren de herramientas comoSPICE (Simulated Program with Integrated Circuits Emphasis).
Sedra/Smith 2004
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5Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Antes de proceder al estudio de amplificadores concretos, vamos a estudiar con carctergeneral, lo que entendemos por amplificador y sus diferentes tipos.
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.2. AMPLIFICADORES3.2. AMPLIFICADORES
iI iKi =0
Un amplificador establece una relacin (generalmente lineal) entre una seal de entrada y unaseal de salida.
En la Figura se muestran las 4 configuraciones bsicas de amplificadores ideales.
Amplificador de corriente ideal: (a)(Fuente de corriente controlada por corriente).
La condicin de transferencia es
(siendo KI la ganancia en corriente del amplificador)
Ejemplo BJT
Amplificador de transresistencia ideal (b)(Fuente de tensin controlada por corriente).
La condicin de transferencia es
(siendo KR la transresistencia del amplificador)
iR iKv =0
D. Pardo, et al. 1999
D. Pardo, et al. 1999
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6Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.2. AMPLIFICADORES3.2. AMPLIFICADORES
iV vKv =0
Amplificador de tensin ideal: (c)(Fuente de tensin controlada por tensin).
La condicin de transferencia es
(siendo KV la ganancia en tensin del amplificador)
Amplificador de transconductancia ideal (d)(Fuente de corriente controlada por tensin).
La condicin de transferencia es
(siendo KG la transconductancia del amplificador)
Ejemplo MOSFET
iG vKi =0
D. Pardo, et al. 1999
D. Pardo, et al. 1999
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7Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
BJT en emisor comn BJT en colector comn BJT en base comn BJT en emisor comn con resistencia de emisor
3 .Amplificadores bsicos con BJTs
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
4 .Amplificadores bsicos con MOSFETs
MOSFET en fuente comn MOSFET en fuente comn con carga de realce
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8Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Un Circuito Integrado es un circuito electrnico fabricado completamente sobre la cara superiorde una delgada pieza rectangular de semiconductor al que suele denominarse como chip.
La fabricacin de un CI completo lleva consigo una secuenciade muchas etapas (entre 3 y 20) de procesos tecnolgicos:
Crecimiento del lingote Oxidacin Difusin y/o implantacin de impurezas
Litografa Metalizacin
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES
5 .Tecnologa de Fabricacin de CIs
3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Todos estos pasos se realizan simultneamente paraun gran nmero (cientos o miles) de circuitos en lamisma oblea de semiconductor.
Posteriormente cada circuito se somete a una prueba automtica de test en la que se examinan deforma individual los circuitos Se desechan los defectuosos o los que no cumplen las especificaciones Los que cumplen las caractersticas Encapsulado
http://www.nist.gov/public_affairs/images/ChipScaleClock2_HR.jpg
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9Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Sala blanca: Las operaciones de fabricacin de un dispositivo se realizan mediante
sistemas robticos controlados por ordenador en salas blancas (milesde veces ms limpias que los quirfanos de hospitales).
Los trabajadores estn vestidos con trajes especiales que cubren a
cada persona de la cabeza a los pies. El aire se filtra continuamente y se hace recircular para mantener el
nivel de partculas de polvo en un mnimo absoluto. La temperatura, la presin baromtrica y la humedad se controlan de
modo que los circuitos microscpicos totalmente protegidos. Una nica partcula de humo podra destruir un proceso de crecimiento
de un chip.
Entrando en una sala blanca
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Tecnologa de Fabricacin de CIs
http://en.wikipedia.org/wiki/Cleanroom
http://en.wikipedia.org/wiki/Cleanroom
http://en.wikipedia.org/wiki/Cleanroom
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10Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
P r o c e s o s d e f a b r i c a c i n d e u n c h i p
S e c c i n t r a n s v e r s a ld e u n H B T d e IB M e nu n p r o c e s o B i C M O S
La e structura de u n chip es com pleja (en su superf ic ie y en su com posicin interna tr idimen sional).
E l chip se fabr ica m ediante m uchas capas, c a d a u n a d e l a s c u le s e s d i s e a d a d e m a n e r a d e t al la d a . Por
ejemplo:
Podem os crecer una capa f ina de Si0 2 (material aislante) en la superf ic ie de la oblea.
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Tecnologa de Fabricacin de CIs
Paul, D. J. (1999), Silicon-Germanium Strained Layer Materials in Microelectronics. Advanced Materials, 11: 191204
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11Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Como imprimir un libro en
miniatura
Los diseos son creados en las capas deSi02utilizando una tcnica de impresindenominada fotolitografa.
Una capa fina de polmero sensible a lailuminacin (llamado resina) se aplica
sobre el Si02.
Se proyecta luz ultravioleta a travs deuna mascara de cristal tan fina que seproyecta la imagen de la mscara sobrela resina.
La resina que no ha sido expuesta a laluz se puede lavar mediante disolventes.Tambin se elimina el Si02protectormediante diferentes tcnicas de grabadopara prepararlo para el siguiente paso enel proceso.
Grabado y litografa
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Tecnologa de Fabricacin de CIs
http://www.semiconductor-technology.com/projects/philips/images/image_3.jpg
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12Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Fotografa SEM de una matriz delneas de metalizacin (rosas, verdesblancas y amarillas ) que realizan las
interconexiones en una memoria RAM(varias celdas de memoria). El xidoaislante ha sido retirado. Gris (bajometalizaciones es el Si).(Cortesia de IBM)
Metalizaciones: Autopistas minsculas Finalmente, se aaden las delgadas capas metlicas y de polisilicio
(interconexiones entre los transistores individuales y entre otrosdispositivos). Algunos chips contienen ms de seis capas de
cables de interconexin uniendo mas de 4 millones de circuitos.
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Tecnologa de Fabricacin de CIs
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13Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
En cada uno de los pasos del proceso, las obleas son minuciosamente examinadas con un equipodiseado especialmente y controlado por ordenador, algunas de las medidas tienen lugar a escalaatmica.
Cuando se completa el proceso de metalizacin, todos los chips de la oblea son de nuevoanalizados.
Pruebas de test
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Tecnologa de Fabricacin de CIs
http://www.a-m-c.com/successes/industry_highlight/semiconductor/semi_wafer_probe.jpg
http://www.plyojump.com/classes/images/hardware/wafer_dicing.jpg
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14Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Los chips que pasan los rigurosos test elctricos sonentonces cortados de la oblea mediante sierras
especiales de diamante y montados en empaquetadosmetlicos o plsticos especiales denominadosmdulos. Estos mdulos son de nuevo comprobados.
Materiales del substrato. Montaje del chip sobre la estructura: leadframe Conexiones elctricas. Tipos de empaquetado. Circuitos hbridos y placas de circuitos impresos.
Montaje y empaquetado
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Tecnologa de Fabricacin de CIs
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15Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
1. Crecimiento del lingote del semiconductor: oblea
http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/pn/diodeframe.html
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Fabricacin de un diodo
jas.eng.buffalo.edu/education/fab/pn/diodeframe.html
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16Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
2. Crecimiento del lingote del semiconductor: oblea
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Fabricacin de un diodo
jas.eng.buffalo.edu/education/fab/pn/diodeframe.html
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17Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
3. Crecimiento de una capa nativa de Si02 para la posterior aplicacin demscaras litogrficas (para la realizacin del dopaje de la regin p en una zonaselectiva del material)
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Fabricacin de un diodo
jas.eng.buffalo.edu/education/fab/pn/diodeframe.html
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18Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
4. Se aplica sobre la superficie del xido un material denominado resina. Su aplicacin servir para aplicar un proceso fotolitogrfico en el que se abrir una ventana en el
semiconductor a travs de la cul se realizar la posterior difusin de la regin p. Seguidamente, tiene
lugar un calentamiento de la oblea de modo que la resina se solidifica.
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Fabricacin de un diodo
jas.eng.buffalo.edu/education/fab/pn/diodeframe.html
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5. Posteriormente se aplica el proceso fotolitogrfico (se proyecta luz ultravioleta,UV, a travs de una mscara).
La luz UV endurece la regin de resina expuesta a ella. Las regiones cubiertas por lamscara se eliminan mediante grabado qumico.
mask
UV light
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Fabricacin de un diodo
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20Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
6. Se realiza el grabado o eliminacin de la resina fotoreactiva mediante laaplicacin de un cido.
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Fabricacin de un diodo
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21Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
7. A travs de la ventana abierta mediante el proceso fotolitogrfico tiene lugar ladifusin o la implantacin inica de impurezas (para realizar el dopaje) de boro(impureza tipo p para el Silicio). De este modo se forma la regin p de la unin p-n.
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Fabricacin de un diodo
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22Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
8. Se realiza la deposicin del aluminio (mediante sputtering) para la realizacindel contacto a ambos lados de la oblea.
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Fabricacin de un diodo
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23Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
9. Se realiza un nuevo paso fotolitogrfico (no se muestra) utilizando de nuevouna resina para modificar la forma del aluminio y obtener la forma de lametalizacin final.
Finalmente se lleva a cabo la pasivacin de la superficie que proporciona proteccinmecnica y elctrica.
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Fabricacin de un diodo
jas.eng.buffalo.edu/education/fab/pn/diodeframe.html
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24Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
10. Los chips finales en la oblea tienen el aspecto que muestran las figuras (visintransversal a la izquierda y visin superior a la derecha).
Posteriormente cada uno de ellos se separa de la oblea (se corta) y se miden sus
propiedades elctricas (caracterizacin).
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS3.5. CIRCUITOS INTEGRADOS
Fabricacin de un diodo
jas.eng.buffalo.edu/education/fab/pn/diodeframe.html
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25Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Adaptadores o acondicionadores de seal
Convierten una seal (elctrica o no) en una seal elctrica de caractersticas especiales
Amplificadores: necesarios paraprocesar o presentar las sealescon la instrumentacin estndar(osciloscopios, ordenadores, etc.)
Adaptacin del rango
Las seales pueden tener ruido (asociado por ejemplo a la red elctrica: 50 Hz) que puedeeliminarse utilizando: FILTROS o INTEGRANDO la seal
Conversores A/D, D/A, etc.
La mayora de estos circuitos estn basados en : Amplificador Operacional
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
Av0=Av i
vi
+Vcc
Esquema general de un amplificadorde ganancia en tensin A
D. Pardo, et al. 1999
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Caractersticas del AO Ideal/Real
Amplificador: circuito que a la salida proporciona ms potencia de la que toma de la sealentrada El Amplificador Operacional Ideal/Real:
Se representa como un tringuloEntrada diferencial y salida simple
Ganancia en tensin infinita:G= v1=v2 (10
5-1010)
Desde el punto de vista de impedancias:
Impedancia de entrada infinita: (Rin = ) : 1 M-100 M toma poca corriente Impedancia de salida nula: (Rout=0): 10-50 proporciona mucha corriente
a la salida
Sus caractersticas no dependen de la frecuencia o la temperaturaEn l no se produce ni distorsin ni ruido
Av0=Avi
vi
v1
v2
+Vcc
-Vcc
ivAvvAv == )( 210
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
D. Pardo, et al. 1999
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27Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
El Amplificador Operacional Real El ms utilizado es el A 741 Viene en una gran variedad de empaquetados, la mas usual es la de 8 pins duales en lnea:
Pin n 4: - Vcc= -10 Voltios y Pin n 7 + Vcc= +10 V de alimentacin continua Pin n 2: Entrada inversora, Pin n 3: Entrada inversora Pin n 6: Salida del AO
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
J. Turner, et al. 1999
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28Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Estructura del Amplificador Operacional RealVCC
VCC
VCC
-VEE
12 9 138
14
19
18
15
21
23
20
2224
1 2
3
4
5
7
6
1011
16
17
R5
R4
R1 R2
R8 R9
R10
39K
5K
1K 1K
50K
vi1 vi2CC
50K 100 50K
40K
R6
R7
22
22
Ajuste externo de offset
vo
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
D. Pardo, et al. 1999
8/2/2019 Tema3_Amplificadores
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29Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Entradainversora
Entrada no
inversora
v1
v2
Salida
Etapas de
amplificacin
Etapa de salidaEtapa diferencial
El Amplificador Operacional Real: El diseo de un AO real est encaminado a que sus propiedades se aproximen a las delideal
Los lmites de amplificacin vienen dados por la alimentacin dc: Vcc Constitucin interna genrica (en bloques) de un amplificador operacional real y sus
caractersticas de transferencia
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
D. Pardo, et al. 1999
TEMA 3 AMPLIFICADORES
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30Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Generalmente, el AO se utiliza bajo realimentacin: REALIMENTACION NEGATIVA
A es la ganancia en lazo abierto
Como la ganancia A del AO es muy elevada: la salida no depende de la ganancia A sino que
slo depende de la de la red de realimentacin
La ganancia en lazo cerrado:
Amplificador
A
Entrada
viv0
Salida
Amplificador
A
Bloque derealimentacin
Entrada
vi vvr
v0
Salida
ivAv =0
0
0
vv
vvv
vAv
r
ri
=
=
=
ivA
A
v += 10 ivv
10 =
10 =iv
v
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
D. Pardo, et al. 1999
TEMA 3 AMPLIFICADORESTEMA 3 AMPLIFICADORES 3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)
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31Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Reglas que han de cumplirse en prcticamente todos los circuitos de AOideales con realimentacin externa:
Regla n 1= Dado que la ganancia G= asumir que no hay diferencia de voltaje entrelos dos terminales de entrada
El AO ajusta v0
de modo que la realimentacin sea capaz de hacer que (v1-v2) sea lo msprxima a cero.
En caso contrario la salida v0
tomara el valor de saturacin: +VCC
o - VCC
Regla n 2= Debe asumirse que la
impedancia de entrada Rin=
No entra corriente a ninguna delas dos entradas del operacional:
21 vv =
v2
vx
v0
1 2
vy
1 2
v1i1
i20
0
2
1
=
=
i
i
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
D. Pardo, et al. 1999
TEMA 3 AMPLIFICADORESTEMA 3 AMPLIFICADORES 3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)
8/2/2019 Tema3_Amplificadores
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32Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Ejemplo n 1: Circuito Amplificador NO INVERSOR
Aplicando las reglas
Podemos plantear
De donde, obtenemos la ganancia: 120
R
R
v
v
i
=
21 vv =0
0
2
1
=
=
i
i vi v0
1 2
1
20 1R
R
v
v
i
+=Montar en el Laboratorio
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
Ejemplo n 2: Circuito Amplificador INVERSOR
Se plantea:
Obtenemos la ganancia:
Si elegimos R1=R2 (es slo INVERSOR: ganancia = - 1)
vi
v0
1 2
Montar en el Laboratorio
2
0
1
0R
vvRv ii =
2
0
1
00
R
v
R
vi =
1
20
RR
vvi
=
D. Pardo, et al. 1999
D. Pardo, et al. 1999
TEMA 3 AMPLIFICADORESTEMA 3 AMPLIFICADORES 3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)
8/2/2019 Tema3_Amplificadores
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33Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Ejemplo n 3: Circuito SUMADOR
Podemos plantear:
De donde
La salida es (con signo menos) la sumaponderada de todas las entradas (cada entradava ponderada por su resistencia)
Si se verifica que
1
20 1R
R
v
v
i
+=
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
v0
RF
v1
R1
v2R2
vnRn
Fn
n
R
v
R
v
R
v
R
v 0
2
2
1
1
... =+++
RRRR n ==== .....21
0
2
2
1
1 ... vRv
Rv
RvR
n
nF =
+++
RRF =
( )nvvvv +++= ....210
D. Pardo, et al. 1999
TEMA 3 AMPLIFICADORESTEMA 3 AMPLIFICADORES 3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)
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34Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Ejemplo n 4: Circuito RESTADOR
Podemos plantear:
Como se cumple:
Este circuito es restador de dos seales
21
2
R
v
R
vv ++=
v+
v1
v0
R1 R 2
v2
R1 R2
v -
i1
i2
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
( )yx vvRR
v =1
20
2
0
1
1
R
vv
R
vv =
+
= vv 12
2
0
1
1
R
v
R
v
R
v
=+ D. Pardo, et al. 1999
TEMA 3 AMPLIFICADORESTEMA 3 AMPLIFICADORES 3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)
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35Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Ejemplo n 5: Circuito con DIODO
Podemos plantear:
De donde
Este circuito nos da en la salida una seal proporcional al logaritmo de la entrada.
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
vi
v0
Ri
1
0
R
vi iR
=
TV
v
D eIi
00
0
=
TVvi
eIR
v /0
1
0
= Ti
VvIR
v
/ln 00
=
=0
0 lnIR
vVv iT
D. Pardo, et al. 1999
TEMA 3 AMPLIFICADORESTEMA 3 AMPLIFICADORES 3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)
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36Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
vi
v0
Cic
i
Ejemplo n 6: Circuito INTEGRADOR:Este circuito es idntico al Amplificador Inversor en el que laresistencia R2 ha sido sustituida por un condensador
Podemos plantear
Teniendo en cuenta que en un condensador la corriente que loatraviesa y la diferencia de potencial entre sus terminalescumplen:
Obtenemos, para este caso concreto:
Igualando
i
R
vi = 0
CdtvCR
v i += 10La seal a la salida,a la salida, vvvv
0
00
0
, es la integral de la entrada, es la integral de la entrada vvvvi
ii
i
yy
ademadems ests est invertida (signoinvertida (signo -- ))
Montar en el Laboratorio
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
dt
dvC
dt
dv
dv
dQ
dt
dQi cc
cc
===
dt
vdCic
)0( 0=
v
dt
vdC i=
)0( 0
D. Pardo, et al. 1999
TEMA 3 AMPLIFICADORESTEMA 3 AMPLIFICADORES 3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)3 6 AMPLIF OPERACIONAL (AO)
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37Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Ejemplo n 7:Circuito
DIFERENCIADOR:
Este circuito es idntico al Amplificador Inversor en el que laresistencia R1 ha sido sustituida por un condensador
Podemos plantear
Igual que en el caso anterior:
Obtenemos, para este caso concreto:
De donde
i
R
v=
00
dt
dv
CRv
i
=0
Montar en el Laboratorio
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
dt
dvCi cc =
dt
vdCi ic
)0( =
v
dt
vdC i 0
)0(=
vi
v0
Ric C
i
La seal a la salida,a la salida, vvvv0
00
0
, es la derivada de la entrada, es la derivada de la entrada vvvvi
ii
i
yy
ademadems ests est invertida (signoinvertida (signo -- ))
D. Pardo, et al. 1999
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3 7 OSCILADORES3.7. OSCILADORES
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38Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Generadores de funciones:
Fuentes de seal calibrada y estable.
Para transmitir, recibir o procesar informacin:necesitamos de seales elctricas de formas
y frecuencias prefijadas.
Generadores de seales temporales:
Senoidales: sus parmetros son : Frecuencia Amplitud de oscilacin
Rectangulares: adoptan dos valores de tensin diferentes Ondas cuadradas : t1= t2
Impulsos de ondas rectangulares
Triangulares: pueden ser simtricas Simtricas: pendiente ascendente = descendente No simtricasdiente de sierra
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.7. OSCILADORES3.7. OSCILADORES
E. Mandado, et al. 1995
E. Mandado, et al. 1995
E. Mandado, et al. 1995
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
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39Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
AO se utiliza bajo : REALIMENTACION POSITIVA
Amplificador
A
Entradavi v0
Salida
Amplificador
A
Bloque de
realimentacin
Entrada
vi vvr
v0
Salida
ivAv =0
0
0
vv
vvv
vAv
r
ri
=
+=
=
ivA
Av
=
10
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)3.6. AMPLIF. OPERACIONAL (AO)
)( 00 vvAv i +=
D. Pardo, et al. 1999
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.7. OSCILADORES3.7. OSCILADORES
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40Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
En el amplificador con realimentacin positiva se cumple:
Osciladores lineal: circuito electrnico cuya funcin esproducir una onda de salida senoidal sin aplicar excitacin deentrada:
Si conseguimos Iguales en mdulo Fases diferentes
La ganancia tiende a infinito Podramos eliminar vSy laseal de salida se mantendra sin entrada
nicamente habr una frecuencia en la que aparecer unaseal donde se cumplen las condiciones anteriores.
Condicin de oscilacin
ivA
Av
=
10
AmplificadorA
Bloque de
realimentacin
vrv0
Salida
0
0
vv
vAv
r
r
=
=
1=A
1=A
0= A
3. C O S 3.7. OSCILADORES
Amplificador
A
Bloque derealimentacin
Entradavi v
vr
v0
Salida
D. Pardo, et al. 1999
D. Pardo, et al. 1999
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41Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Oscilador de puente de Wien: genera seal senoidal
Un circuito oscilante que utiliza un puenteequilibrado como red de realimentacin
Elemento activo Ampl. OperacionalGanancia muy elevada: GVResistencia de salida: R0=0
Resistencia de entrada Ri=
Para encontrar la ganancia del lazo:
Se rompe el lazo de realimentacin en el punto 3 Se aplica una tensin externa V0entre terminales 3 y 4
Aviv0
Z1
Z2
2
3
1
4
R1
R2
R
R
C
C
A
iAvv =0 Av
v
v
vA i
'
0
'
0
0 =='
0
'
0 v
vv
v
vi+
==
+ = vvvi
D. Pardo, et al. 1999
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Igualando la fase de Z1 y Z2 (arctg:Im/Re) se obtiene la frecuencia
Para esa frecuencia adems se cumple:
Avi
v0
Z1
Z2
2
3
1
4
R1
R2
R
C
R
C
Oscilador de puente de Wien: genera seal senoidal (continuacin)
( )+ = vvAv0
2
210
Z
ZZvv
+= +
2
21
0 R
RRvv
+=
C
jRCZ
=1
( )2222 1
1
CR
RCjRZ
+
=
)( jRZ = 11
( )jR
Z = 12
2
32
21
2
21 =+
=+
Z
ZZ
R
RR21 2RR =
0=1/RC
D. Pardo, et al. 1999
TEMA 3. AMPLIFICADORESTEMA 3. AMPLIFICADORES 3.7. OSCILADORES3.7. OSCILADORES
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43Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Av i
v0
Z1
Z2
2
3
1
4
R1
R2
R
C
R
C
Oscilador de puente de Wien: genera seal senoidal (continuacin II)
Circuito a montar en el laboratorio
Utilizar los siguientes valores
R= 5.6 K
C= 10 nF
R1= 10 K
R2= 5 KOscilacin 21 2RR =
0=2 f00=1/RC
f0
=2842 Hz
Utilizar un potencimetro oresistencia variable
10 K
10 k
D. Pardo, et al. 1999
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44Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
VCC
V
t
-VCC T
Realimentacinnegativa:el circuitooscila con
v0 ensaturacin
VCC
V
t
-VCC T
Oscilador de puente de Wien: genera seal senoidal (continuacin III)
R2 muy elevada: aumenta v-
R2 muy baja: disminuye v-
Gvi
v0
Z1
Z2
2
3
1
4
1
2
C
C
Realimentacin
positiva:
O OSCILA
VCC
V
t
-VCC T
Oscilacin R2 =R1/2 f0=2842 Hz
D. Pardo, et al. 1999
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Circuito generador de onda cuadrada
La realimentacin positiva siempresigue a la salida: v+= v0
En la salida el AO da los valoresde saturacin: +VCC, -VCC
Si v0=+VCC v+
= VCCLa corrienteItiende a cargar el condensador C
Si v0=-VCC v+= - VCC
La corrienteItiende a descargar el condensador C
Dependiendo de la carga y descarga del condensador C: la corriente I circula en uno uotro sentido se genera una onda cuadrada
Gvi
v0
C 1
2
I
21
2
RR
R
+=
D. Pardo, et al. 1999
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VCC
V0
t
-VCC T
VCC
v+
t
-VCC
VCCv-
t
-VCC
Gvi
v0
C 1
2
I
Circuito generador de onda cuadrada (continuacin )
+=
1
2212RRRCT ln
f0=4550 Hz
2
1
21
2
=+= RR
R
En el laboratorio
R1=R2=10K R= 10 K
C= 10 nF El periodo de la oscilacin:
T=0.22 ms
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47Mara Jess Martn Martnez : [email protected]
Agradecimientos Daniel Pardo Collantes. Departamento de Fsica Aplicada. Universidad de Salamanca.
Figuras cortesa de: Pardo Collantes, Daniel; Bailn Vega, Lus A., Elementos de Electrnica. Universidad de
Valladolid. Secretariado de Publicaciones e Intercambio Editorial.1999.
E. Mandado, P. Mario y A. Lago, Instrumentacin Electrnica. Marcombo. 1995. Microelectronic Circuits - Fifth Edition Sedra/Smith. Copyright 2004 by Oxford University
Press, Inc.
J. Turner, M. Hill. Instrumentation for Engineers and Scientists. Oxford UniversityPress.1999.
http://www.semiconductor-technology.com/projects/philips/images/image_3.jpg
http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/pn/diodeframe.html http://en.wikipedia.org/wiki/Cleanroom http://www.tech-faq.com/wp-content/uploads/images/integrated-circuit-layout.jpg http://www.plyojump.com/classes/images/hardware/wafer_dicing.jpg http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/int/sist_digit/image020.jpg http://www.nist.gov/public_affairs/images/ChipScaleClock2_HR.jpg
Paul, D. J. (1999), Silicon-Germanium Strained Layer Materials in Microelectronics.Advanced Materials, 11: 191204