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Instituto Tecnolgico de Culiacn

Electrnica AnalgicaIngeniera mecatrnicaProf: Ing. Cesar Ortiz FrancoUnidad 4: Amplificadores OperacionalesEstudiante: Meza Talamantes Jos AlfredoAula UA19Horario: 8:00-9:00

ndice

Amplificador operacional

4.1 Amplificador operacional ideal 6 4.2 Esquema interno74.3 Parmetros y caractersticas elctricas84.3.1 Relacion de rechazo en modo comn114.3.2 Tension de offset114.3.3 Corriente de polarizacin124.3.4 Tierra virtual134.4 Circuitos bsicos 13 4.4.1 Inversor134.4.2 No inversor144.4.3 Comparador144.4.4 Sumador144.4.5 Restador144.4.6 Integrador y diferencial154.5 Circuito convertidor164.5.1 De voltaje a corriente164.5.2 De corriente a voltaje174.5.3 De voltaje a frecuencia174.5.4De frecuencia a voltaje18Bibliografia19

Amplificadores operacionalesLa mayor parte del control y medida de los procesos industriales se realiza mediante circuitos electrnicos, siendo el amplificador operacional (Amp. Op.) un mdulo bsico de dichos circuitos de control. Aunque cada vez ms, el procesado de la informacin y la toma de decisiones del sistema se realiza con circuitos digitales o sistemas basados en microprocesadores, la conversin de las variables medidas (temperatura, presin, velocidad, etc.) en variables elctricas: corriente o tensin (en los sensores), o la conversin inversa (en los actuadores analgicos), requiere de circuitos analgicos, donde el amplificador operacional juega un papel fundamental.

4.1 El amplificador operacional idealPodemos decir que el amplificador operacional es DIFERENCIAL ya que la salida depende de la diferencia de tensin en sus entradas. A es una constante para cada amplificador y sus valores son muy altos (>200000 para Amplificadores reales). En lazo abierto significa que es la ganancia del propio dispositivo sin conectar a nada. Propiedades del amplificador operacional ideal 1. La ganancia en lazo abierto A es infinita.2. Las resistencias que se ven desde cada uno de los terminales de entrada son infinitas o, lo que es lo mismo, las intensidades de entrada I- e I+ son nulas. 3. La impedancia de carga de un circuito conectado en cascada con el OP no influye en la tensin de salida: V fZ 0 L ( ).4. Es un amplificador de corriente continua y alterna.5. Es capaz de amplificar la seal de entrada independientemente de su frecuencia. . Los OP se suelen utilizar con realimentacin ya que esto hace que podamos controlar su ganancia. Como veremos la ganancia en lazo cerrado no dependa nada ms que del circuito externo aplicado. Segn como sea este circuito tendremos varias configuraciones de amplificador.

4.2 Esquema interno amplificador operacional

4.3 Parmetros y caractersticas elctricas

ESTUDIO DE LAS CARACTERSTICASAmplificadores operacionales comunes

LM741Este dispositivo es un amplificador de propsito general bastante conocido y de uso muy extendido. Sus parmetros son bastante regulares, no teniendo ninguno que sea el mejor respecto a los de los dems, pero en conjunto presenta una alta impedancia de entrada, pequeos offset (de corriente y de voltaje) en la entrada y buenos parmetros.LM725Este amplificador es un modelo bastante similar al LM741, pero que mejora bastantes de sus parmetros. Tiene unos valores para la corriente y el voltaje de offset de entrada menores, su corriente de polarizacin tambin es menor y su CMRR ms elevado. Sin embargo, la impedancia de entrada de este dispositivo es inferior a la que presenta el LM741.LF411Este dispositivo posee excelentes parmetros. Tiene uno offset de entrada y una corriente de polarizacin de valores muy bajos. Adems su impedancia de entrada es la ms elevada de todas (junto con el MAX430). Es uno de los amplificadores operacionales de National Semiconductors para aplicaciones de mxima precisin.OPA124Este chip es el que presenta los valores ms bajos de corriente offset de entrada y de corriente de polarizacin de entrada. Posee una impedancia de entrada elevadsima, la cual se presenta como una resistencia en paralelo con un condensador. Es uno de los mejores amplificadores operacionales que he analizado.NE5533Este chip es el que posee (a nivel general) peores prestaciones de todos los amplificadores que se encuentran en el estudio. Su impedancia de entrada es la menos alta de todas y su corriente de polarizacin la ms elevada. Es un amplificador para aplicaciones en las que no se requiera de alta precisin.NE/SE5532Este dispositivo est diseado a partir de dos amplificadores operacionales con alta ganancia que se colocan de manera opuesta para presentar compensacin en los parmetros. Tambin est pensado para que pueda operar en un rango amplio de voltajes de alimentacin. Posee elbandwith(ancho de banda) ms alto de todos los amplificadores que se han analizado.

NE/SE5514Este dispositivo se presenta como un amplificador operacional para aplicaciones con altas exigencias. Presenta una corriente de polarizacin bastante baja y unas corrientes y voltajes de offset con valores tambin bajos. La impedancia de entrada de este dispositivo es una de las ms altas de todoslos amplificadores que he analizado y por ello este dispositivo es apropiado cuando trabajemos con un elemento que disponga de una impedancia de salida muy elevada.NE/SE5230Este amplificador operacional presenta una caracterstica diferenciadora respecto al resto de amplificadores y que no est mostrada en la tabla, la cual consiste ven que est especialmente diseado para trabajar con voltajes de alimentacin muy bajos. De este modo este operacional se puede alimentar con 18V o con 1,5V.Otros amplificadores, con tensiones de alimentacin tan bajas no pueden funcionar correctamente, por lo tanto este dispositivo es ideal cuando haya que utilizar un amplificador operacional en una placa en la cual se quiera utilizar un mismo voltaje (por ejemplo niveles TTL) para alimentar toda la circuitera. Sus parmetros son en general buenos presentando pequeos valores de offset a la entrada.NE/SE532Este chip posee buenos parmetros, pero dos de ellos destacan sobre los dems. Es el amplificador con mayor rango de voltaje de entrada 16 V y tambin es el que posee mayor lmite en la corriente de salida. Este amplificador puede atacar cargas con un valor de corriente casi el doble a la de otros amplificadores.MAX430Este amplificador presenta unos parmetros que le acercan a los de los amplificadores de instrumentacin. Esta diseado para presentar una alta precisin.Posee el valor de offset de entrada ms bajo de todos los amplificadores y tambin los valores ms altos de rechazo al modo comn CMRR y al voltaje de alimentacin PSRR. Tambin cabe destacar que posee la impedancia de entrada ms alta de todos los amplificadores, y me hace pensar que aunque el fabricante presenta este dispositivo como un amplificador operacional, su estructura tal vez est compuesta por tres operacionales como los amplificadores de instrumentacin.

MXL1001El fabricante presenta a este dispositivo como un amplificador operacional de precisin. Posee muy buenos parmetros y cabe destacar que es el dispositivo con uno de los mayores rangos de voltaje de entrada (14 V). Me ha llamado la atencin que en la documentacin tcnica de este sensor, el fabricante aporta una imagen ampliada del diseo PCB que posee el amplificador operacional internamente y seala sobre el dibujo los diferentes lugares desde donde surgen los pines hacia el exterior del chip

4.3.1 Relacin de rechazo en modo comnLa relacin de rechazo de modo comn de un amplificador diferencial es la tendencia del dispositivo para rechazar seales de la entrada comn a los dos cables de entrada. Un alto CMRR es importante en aplicaciones en las que la seal de inters est representado por una pequea fluctuacin de la tensin superpuesta sobre una tensin de offset, o cuando la informacin relevante se encuentra en la diferencia de tensin entre dos seales.Idealmente, un amplificador diferencial toma las tensiones, y en sus dos entradas y produce una tensin de salida, donde es la ganancia diferencial. Sin embargo, la salida de un amplificador diferencial real, se describe mejor como donde es la ganancia en modo comn, que es tpicamente mucho menor que la ganancia diferencial. El CMRR se define como la relacin de los poderes de la ganancia diferencial sobre la ganancia en modo comn, medido en decibelios positivos:Como de ganancia diferencial debe exceder de ganancia en modo comn, este ser un nmero positivo, y cuanto ms alto mejor. La CMRR es una especificacin muy importante, ya que indica la cantidad de la seal de modo comn se aparezca en su medicin. El valor de la CMRR depende a menudo en frecuencia de la seal como bien, y se debe especificar como una funcin de la misma.A menudo es importante en la reduccin de ruido en las lneas de transmisin. Por ejemplo, cuando se mide la resistencia de un termopar en un ambiente ruidoso, el ruido del ambiente aparece como un desplazamiento en ambos conductores de entrada, por lo que es una seal de voltaje de modo comn. El CMRR del instrumento de medicin determina la atenuacin aplicada a la compensacin o el ruido.

4.3.2 Tensin de offset de entrada (VOS). En un amplificador operacional real, para que la salida se anule es necesario aplicar entre las entradas una cierta pequea tensin que se denomina offset de voltaje de entrada. El voltaje de offset de entrada (VOS) es la entrada diferencial que hay que aplicar al amplificador operacional para que el voltaje de salida sea cero. La tensin de offset de entrada es dependientes de la temperatura y de la tensin de las fuentes de alimentacin del amplificador operacional, y as mismo, tienen deriva con el tiempo. En este caso, el fabricante indica que es muy poco dependiente de la temperatura, y no da informacin de las restantes caractersticas. El efecto de la tensin de offset de entrada en un circuito, se evala aplicando el principio de superposicin. El efecto de la ten