Configuraciones basicas del amplificador operacional

Configuraciones bรกsicas del Amplificador operacional Clase 3

Configuraciones básicas  Anteriormente se trataron las características relevantes de un amplificador

operacional, con base a lo que seria un dispositivo ideal.  Los amplificadores operacionales en la práctica tienen comportamientos muy

semejantes a lo descrito; solo que para operar como se ha explicado es necesario acoplar sus terminales, resistencias de valores calculados para configurar algunas de las formas de operar.

Configuraciones básicas  Se pueden conectar según dos configuraciones básicas: inversora y no inversora;

casi todos los demás circuitos con amplificadores operacionales están basados, de alguna manera, en estas dos configuraciones.

Configuraciones básicas  Amplificador Operacional Inversor  La figura ilustra la primera configuración básica del Op Amp, el amplificador

inversor.

Amplificador Operacional Inversor

Configuraciones básicas   Amplificador Operacional Inversor  En este circuito la entrada no inversora

está conectada a tierra, y la señal por

amplificar (llamémosle se amplifica a la entrada inversora a través de , con retroalimentación desde la salida a través de , al aplicar las propiedades anteriormente establecidas del Op Amp ideal, las características distintivas de este circuito se pueden analizar como sigue.

Configuraciones básicas   La ganancia de este amplificador es:

 ………………(1)  La ecuación (1) se refiere a la ganancia de lazo cerrado, también representada

por . El signo negativo de la expresión (1) indica el cambio de fase entre la señal de salida y la de entrada. En esta expresión se puede ver que el voltaje de salida esta proporción directa a la relación que existe entre la resistencia de realimentación y la resistencia de entrada .

Configuraciones básicas 

 ………………(2)  Por esta razón, a este amplificador también se le conoce como multiplicador

inversor de ganancia constante.  En un Op Amp existe también la ganancia en lazo abierto , que es la razón del

voltaje de salida entre el voltaje de entrada sin realimentación externa.

Configuraciones básicas   A la razón de la ganancia en lazo abierto entre la ganancia en lazo cerrado se le

conoce como ganancia de lazo

Ejemplo 1  Calcula el voltaje de salida del circuito amplificador mostrado en la figura, si el

voltaje de entrada es de 1.5 V

Ejemplo 1   Solución  Datos

 Planteamiento  Se trata de un amplificador inversor cuyo voltaje de salida se calcula directamente

con la ecuación (2)

Ejemplo 1   Solución  Desarrollo  Al aplicar la ecuación (2) se tiene:

Ejemplo 1   El amplificador inversor real tiene propiedades adicionales con relación al

amplificador inversor ideal. La ganancia se puede variar ajustando el valor de , o bien el de . Si varia desde cero hasta infinito, la ganancia varia también desde cero hasta infinito, puesto que es directamente proporcional a .  La impedancia de entrada es igual a

entonces

únicamente determinan la

corriente , por lo que a corriente que circula por es siempre , para cualquier valor de dicha .

Configuraciones básicas  Amplificador operacional no inversor  La segunda configuración básica del Op Amp es el amplificador no inversor o

multiplicador, mostrado en la siguiente figura.

Amplificador Operacional No Inversor

Configuraciones básicas   En este circuito, el voltaje se aplica a la entrada no inversora , y una fracción de la

señal de salida, , se aplica a la entrada a través del divisor de voltaje formado por .

  Por tanto el voltaje de salida es:

Configuraciones básicas   A partir de la ecuación (5), se puede obtener la relación de voltaje da salida

respecto del voltaje de entrada, lo que nos da una ganancia en

Ejemplo 2  Calcula el voltaje de salida del circuito amplificador mostrado en la figura, si el

voltaje es de 1.5 V.

Ejemplo 2   Solución  Datos  Planteamiento  Se trata de un amplificador no inversor cuyo voltaje de salida se calcula

directamente con la ecuación (4).

Ejemplo 2   Solución  Desarrollo  Al aplicar la ecuación (5) se tiene

Configuraciones básicas  Amplificador Operacional como seguidor unitario  Una modificación especial del amplificador no inversor es la etapa de ganancia

unitaria mostrada en la figura

El Op Amp operando como un seguidor unitario

Configuraciones básicas   Amplificador Operacional como seguidor unitario  En este circuito la resistencia de entrada se ha incrementado hasta infinito y es

cero, y la realimentación es de 100%. Entonces es exactamente igual a El circuito se conoce como seguidor de emisor o seguidor unitario, puesto que la salida es una replica en fase con ganancia unitaria del voltaje de entrada. La impedancia de entrada de esta etapa también es infinita.

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor  Amplificador Operacional como seguidor unitario  A partir de las configuraciones básicas del amplificador operacional se elaboran

una serie de circuitos continuación.

de aplicación práctica

como los que se explican a

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor   Amplificador Sumador  En la configuración de un amplificador sumador se establece que el voltaje de

salida es la suma algebraica invertida de los voltajes de entrada multiplicados por un factor corrector, que esta dado por la relación del resistor de retroalimentación respecto de la resistencia, en la cual se aplica la señal de entrada. Lo anterior tiene su expresión matemática siguiente:

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor   Hay una ganancia global del circuito que esta dada por el valor de la cual, cuya

forma de conectar es hacia la terminal de entrada, hace que el sistema se comporte como el amplificador inversor básico. A las ganancias individuales se les aplican independientemente los factores de escala dados por los valores de ., etcétera. Del mismo modo

determinan las impedancias de entrada de los

respectivos canales usados para la aplicación de señales individuales. El circuito puede contar con cualquier número de entradas, basta añadir resistencias de entrada adicionales en el nodo suma.

Ejemplo 3   Calcula el voltaje de salida del circuito amplificador sumador mostrado en la

figura, si los voltajes de entrada son y los resistores de los canales de entrada son .

El resistor de retroalimentación es .

Ejemplo 3   Solución  Datos:   Planteamiento  Se trata de un amplificador sumador cuyo voltaje de salida se calcula directamente

con la ecuación (8)

Ejemplo 3   Desarrollo  Al aplicar la ecuación (8) y sustituir los valores dados, se tiene:

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor  Amplificador integrador 

Las configuraciones básicas vistas hasta ahora consisten en redes resistivas conectadas al OP Amp; sin embargo, para realimentación de la salida hacia la entrada también se emplean capacitores. Cuando se utiliza un capacitor en tales condiciones, esta configuración constituye un amplificador integrador, como se muestra en la figura siguiente.

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor

Configuraci贸n del amplificador integrador

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor   El capacitor realimentador en el amplificador integrador, se identifica por , y se

coloca en la red como se muestra en la figura siguiente. Este amplificador integrador entrega un voltaje que en función del tiempo se expresa como

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor Configuraci贸n de un circuito integrador sumador

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor   A este amplificador integrador se le aplican varias señales de entrada, uno de los

usos mas frecuentes que se le da en las computadoras analógicas, convirtiendo la ecuación (9) en una suma de señales de entrada, integradas cada una de ellas y afectadas por un factor modificador por la característica propia de cada entrada, como se muestra en la siguiente ecuación:

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor  Existen

en el mercado diversas presentaciones para los amplificadores

operacionales. Una de las mas usadas es la que se presenta a continuación, que consiste en un encapsulado tipo DIP en cuyo interior se tienen dos amplificadores, el cual se trata de un circuito impreso o bien en un protoboard.

Amplificador operacional de

Presentación Física

Diagrama estructura interna del dispositivo

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor   Amplificador de más de una etapa  Se dijo que la ganancia de voltaje de un amplificador se determina al comparar el

voltaje de salida con el voltaje de entrada . Pero aun mas si el voltaje de salida de un amplificador se aplica a la entrada de un segundo amplificador se tendrá una segunda etapa de amplificación. De ahí que se habla de amplificadores multietapas, en los que cada una

de las etapas tiene su propia ganancia de

voltaje , donde nos indica el numero de la etapa correspondiente.

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor   Esto es, si se tiene un amplificador con tres etapas que se pueden identificar como

la ganancia total de este sistema será:

Y

Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor   Esto es, si se tiene un amplificador con tres etapas que se pueden identificar como

la ganancia total de este sistema será:

Y

Ejemplo 4   Calcula el voltaje de salida para el amplificador de la figura si

Ejemplo 4   Solución  Datos

 Desarrollo:  Según la ecuación (11), la ganancia total de este circuito de dos etapas esta dada

por:

Ejemplo 4   Donde de acuerdo con la ecuación (2)  Para la primera etapa se tiene:

 Por lo tanto el voltaje de salida será