AMPLIFICADORES OPERACIONALES DE PROPOSITO ESPECIAL

(OTA Y NORTON)

Emmanuel de Jesus Santiago Saavedra 11110244

Existen cuatro tipos de Amplificadores:

v-v (FVCV) amplificador de voltajei-i (FCCC) amplificador de corrientev-i (FCCV) amplificador de transconductancia OTA i-v (FVCC) amplificador de transimpedancia

Dado que la señal de entrada a un amplificador puede ser de voltaje o de corriente y la señal de salida de un amplificador puede ser también de voltaje o de corriente, existen cuatro posibles combinaciones de entrada y salida

Amplificador de TransConductancia (OTA)

Un amplificador que recibe una señal de voltaje como entrada y que proporciona una señal de corriente como salida se llama amplificador de transconductancia. Puede representarse por medio de una fuente de corriente controlada por voltaje (FCCV) como se muestra en la figura.

CARACTERÍSTICAS DE UN OTA Alta impedancia de entrada Posee una terminal de entrada para Ibias

(corriente de polarización que influye en la ganancia del amplificador)

El símbolo de doble círculo a la salida representa una fuente de corriente de salida que depende de la corriente de polarización.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Es una fuente de corriente controlada por voltaje,

se toma la diferencia de dos tensiones en las entradas para la conversión de corriente, la característica de transferencia ideal es por lo tanto:

IOut = gm (V(+) – V(-))IOut = gm (Vin)Donde Vin = Voltaje diferencialEl factor de proporcionalidad entre la corriente de

salida y el voltaje diferencial de entrada se denomina transconductancia.

La transconductancia depende de una constante k que esta dada por el fabricante y la corriente de polarizacion:

gm=(K)(Ibias)

Por lo tanto:

RELACION DE TRANSCONDUCTANCIA Y LA CORRIENTE DE POLARIZAICON (IBIAS)

Esta es una importante caracteristica ya que la transconductancia se incrementa linealmente con la corriente de polarizacion

La constante k es la pendiente de la recta y es aproximadente igual a 16µS/µA para un OTA tipico(LM13700).

gm=(K)(Ibias) y=mx

AMPLIFICADOR INVERSOR CON GANANCIA DE VOLTAJE FIJA

Si la corriente de salida pasa atraves de una RL podemos obtener un Voltaje de salida.

La ganancia de voltaje esta dada por la transconductancia y por la resistencia de carga

AMPLIFICADOR CON GANANCIA CONTROLABLE CON RESISTOR

Esta configuracion trabaja de la misma manera que la configuracion anterior, con la unica diferencia que la corriente de polarizacion puede ser modificada por medio de un potenciometro y consecuentemente podremos modificar la ganancia de voltaje.

AMPLIFICADOR CON GANANCIA CONTROLABLE CON VOLTAJE

Para este caso la R de polarización es fija y la fuente es variable

EL LM13700

Este es un CI típico que contiene dos OTA como el de la figura:

EJEMPLO DE APLICACION

¿Cuál será la salida si aplicamos un voltaje que varia con el tiempo a la R de polarización?

Si el voltaje varia con el tiempo, obtendremos una corriente de polarización que varia con el tiempo, entonces tendremos una transconductancia que varia con el tiempo y consecuentemente una ganancia que varia con el tiempo. Esto se conoce como modulación de amplitud y es de gran utilidad en telecomunicaciones

HOJA DE DATOS LM13700 (VALORES MAX )

AMPLIFICADORES DE CORRIENTE NORTON

Se conocen tambien con el nombre de CDA’s por sus siglas en ingles (current-differencing amplifier)

Los amplificadores tipo Norton, amplifican diferencias de corriente de entrada proporcionándonos una tensión de salida

Diagrama eléctrico interno simplificado de un amplificador tipo Norton

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS Alta impedancia de entrada (1MΩ) Impedancia de salida 8kΩ (por lo que deberá considerarse para determinados

cálculos) Se polariza con una sola fuente de alimentación (rango de alimentación puede variar desde

+4.5v a +32v) El voltaje en la terminal no inversora es igual a la caída de tensión en el diodo interno aprox.

0.5 v pero para efectos de análisis se puede considerar como 0v (potencial a tierra) Amplifica diferencia de corrientes Id = I(+) – I(-) Esta diferencia de corriente fluye a través de algún elemento externo de

retroalimentación. Produciendo el voltaje de salida:

Vo = Id * Rf

Debido a que los amplificadores norton se polarizan con una sola fuente de alimentación vemos que el voltaje de salida solo puede variar en el rango dinámico, proporcionado por la magnitud de la fuente de polarización, menos la caída de voltaje en el diodo

Comparación:Amp op comun ejemplo: CI 741 Amp tipo Norton ejemplo: CI LM3900-Vcc + Vce sat ≤ Vo ≤ Vcc – Vce sat 0 ≤ Vo ≤ + Vcc – Vce sat - Vdi

Típicamente: Típicamente

-13 ≤ Vo ≤ +13 0 ≤ Vo ≤ (+32v-2v-0.5v)

0 ≤ Vo ≤ 29.5v

¿Qué pasa si queremos amplificar una señal alterna con sus dos ciclos positivo y negativo?

Se requiere levantar el voltaje de salida a un nivel tal para que el circuito amplifique la señal de entrada en sus dos ciclos. Comúnmente lo que se hace es fijar el voltaje de salida en DC o de reposo a la mitad de Vcc:

Nota: Recordando el concepto de frecuencias de media

potencia Vemos que existen dos frecuencias a las cuales lapotencia en un circuito sera igual a la mitad de laPotencia max, talesFrecuencias nos permitenDeterminar el ancho deBanda en un circuito.Estas frecuencias se dan Cuando la reactancia es Igual a la resistencia del circuito.

EJEMPLO:

SUMADOR NO INVERSOR

SUMADOR INVERSOR

RESTADOR

PREGUNTAS DE EVALUACION 1. El termino OTA significa

(a) Amplificador operacional de transimpedancia

(b) Amplificador operacional de transistores

(c) Amplificador operacional de transadmitancia

(d) Amplificador de transductor de salida

2. En un OTA la transconductancia es controlada por

(a) El voltaje de alimentación de DC

(b) La corriente de polarización

(c) El voltaje de salida

(d) Las respuestas (b) y (c)

3. La ganancia de voltaje del circuito de un OTA es establecida por

(a) un resistor de realimentación

(b) solo la transconductancia

(c) la corriente de polarización y el voltaje de fuente

(d) La transconductancia y el resistor de carga

4. Un OTA es básicamente

(a) amplificador de voltaje a corriente

(b) amplificador de corriente a voltaje

(c) amplificador de corriente a corriente

(d) un amplificador de voltaje a voltaje

5.¿Cuál es la característica de funcionamiento de los amplificadores tipo norton?

a) amplifican diferencias de voltaje de entrada proporcionando una tensión de salida

b) amplifican diferencias de corriente de entrada proporcionándonos una tensión de salida al fluir por una resistencia de realimentación

c) amplifican diferencias de voltaje de entrada proporcionando una corriente de salida

6. ¿Qué particularidad tienen los amplificadores tipo norton?a) está diseñado para operar con una sola fuente de alimentaciónb) está diseñado para operar con solo fuentes de alimentación negativasc) esta diseñado para operar con una fuente de alimentación negativa y una

positiva

7. Tipicamente las impedancias de entrada y salida de un amp op Norton(a) Son alta Zi(1MΩ) y baja Zo(75 Ω)(b) Son altas tanto Zi como Zo(1M Ω)(c) Son alta Zi(1M Ω) y alta Zo (8k Ω)

PREGUNTAS DE EVALUACION ( RESPUESTAS)

1. El termino OTA significa

(a) Amplificador operacional de transimpedancia

(b) Amplificador operacional de transistores

(c) Amplificador operacional de transconductancia

(d) Amplificador de transductor de salida

2. En un OTA la transconductancia es controlada por

(a) El voltaje de alimentación de DC

(b) La corriente de polarización

(c) El voltaje de salida Vo

(d) Las respuestas (b) y (c)

3. La ganancia de voltaje del circuito de un OTA es establecida por

(a) un resistor de realimentación

(b) solo la transconductancia

(c) la corriente de polarización y el voltaje de fuente

(d) La transconductancia y el resistor de carga

4. Un OTA es básicamente

(a) amplificador de voltaje a corriente

(b) amplificador de corriente a voltaje

(c) amplificador de corriente a corriente

(d) un amplificador de voltaje a voltaje

5.¿Cuál es la característica de funcionamiento de los amplificadores tipo norton?

a) amplifican diferencias de voltaje de entrada proporcionando una tensión de salida

b) amplifican diferencias de corriente de entrada proporcionándonos una tensión de salida al fluir la corriente Id por una resistencia de realimentación

c) amplifican diferencias de voltaje de entrada proporcionando una corriente de salida

6. ¿Qué particularidad tienen los amplificadores tipo norton?a) está diseñado para operar con una sola fuente de alimentaciónb) está diseñado para operar con solo fuentes de alimentación negativasc) esta diseñado para operar con una fuente de alimentación negativa y una

positiva

7. Tipicamente las impedancias de entrada y salida de un amp op Norton(a) Son alta Zi(1MΩ) y baja Zo(75 Ω)(b) Son altas tanto Zi como Zo(1M Ω)(c) Son alta Zi(1M Ω) y alta Zo (8k Ω)

REFERENCIAS Floyd Thomas L.Dispositivos Electrónicos8a ed. Págs. (721-725)

Forcada G. JulioEL Amplificador OperacionalPágs. (181-194)

Sitio web Texas Instrumentswww.ti.com

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