AMPLIFICADOR INVERSOR
Es un amplificador operacional conectado en una configuracin
inversora, es decir que la seal de salida es desfasada en 180 con
respecto a la seal de entrada. Para lograr esto, es necesario que
la seal se le aplique a el borne inversor, que est marcado por el
signo (-). El diagrama de un amplificador inversor es el
siguiente:
Se dice lazo cerrado cuando parte de la seal de salida es
reconducida a la seal de entrada, es decir, tiene una
retroalimentacin o reaccin; en nuestro caso la reaccin es de tipo
negativa, ya que la seal se muestra en el borne inversor (-). En el
esquema (Ve) es la tensin aplicada en la entrada, (Vs) es la tensin
obtenida en la salida; R1 y R2 son dos resistores conectados en
serie con el fin de formar un divisor. En la prctica, la tensin
aplicada a la entrada inversor no es (Ve) pero si (v1), es decir,
la tensin entre la entrada inversora y masa. Pero (v1) tiene una
muy baja tensin la cual no se compara a la de (Vi) y la de (Vs),
entonces podemos asumir que (v1) 0. (Ie) por tanto es la corriente
de entrada, que circula en R1. (I2) es la corriente que fluye en
R2, puesto que el amplificador operacional tiene una ganancia alta,
es decir, que basta con una pequea corriente o tensin de entrada
para ponerlo en la saturacin, tambin podemos suponer que la
corriente absorbida por el operacional seria 0, y luego i1 i2. En
ltima instancia debido a que la entrada inversora no tiene tensin y
la corriente es cero, se dice que hay una masa virtual.
Para calcular, entonces, la ganancia tensin (Av) tenemos
que:
AV = Vs-Ve
Es decir, la relacin entre la tensin de salida y la tensin de
entrada, para esto primero calculamos:
Ve = R1*I1
Y luego:
Vs = -R2*I2
Donde el signo (-) tiene en cuenta que la tensin de salida es
desfasada en 180 con respecto a la entrada. Despus obtenemos:
Av = Vs/Ve = (-R2/R1)*(I2/I1) = -R2/R1
En esta ltima instancia en la configuracin de la inversin de la
ganancia de tensin tenemos que:
Av = -R2/R1.
Es decir, es igual a la relacin entre R2 y R1 con signo
cambiado. El signo menos tiene en cuenta el desfasamiento entre la
tensin de entrada y la tensin de salida.
AMPLIFICADOR SUMADOR
El amplificador sumador es un circuito muy til, basado en la
configuracin estndar del amplificador operacional inversor. Este
circuito permite combinar mltiples entradas, es decir, permite
aadir algebraicamente dos (o ms) seales o voltajes para formar la
suma de dichas seales.
La razn de utilizar un amplificador operacional para sumar
mltiples seales de entrada, es evitar la interaccin entre ellos, de
modo que cualquier cambio en el voltaje de una de las entradas no
tendr ningn efecto sobre el resto de entradas.
Como V+ est conectado a masa, V+=0, y si se considera que el
amplificador operacional es ideal, V-=V+=0. Por lo tanto, las
corrientes que circulan por cada rama de entrada son independientes
de las dems y no se produce redistribucin de corriente alguna. Con
ello, la intensidad total que atraviesa Rf ser la suma de las
intensidades de cada una de las ramas de entrada.La tensin de
salida, Vout, ser:
Si todas las Ri=R, la tensin de salida ser la siguiente:
Si todas las resistencias del circuito tienen el mismo valor y
son iguales a Rf, la tensin de salida ser la siguiente:
Si todas las Vi son iguales, es decir, si todas las resistencias
de entrada estn conectadas a la misma tensin de entrada, la tensin
de salida ser la siguiente:
Al ser un Sumador Inversor, en todos estos casos, la salida es
la inversa de la suma de las tensiones de entrada.
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
Esta configuracin del AO es conocida como el amplificador
diferencial. Est basado en el AO Inversor y el no inversor, el
amplificador diferencial tiene caractersticas nicas. Este circuito,
mostrado en la siguiente imagen, tiene aplicadas seales en ambos
terminales de entrada, y utiliza la amplificacin diferencial
natural del amplificador operacional.
Para comprender el circuito, primero se estudiarn las dos seales
de entrada por separado, y despus combinadas. Como siempre Vd=0 y
la corriente de entrada en los terminales es cero.Recordar que Vd =
V(+) - V(-) ==> V(-) = V(+)La tensin a la salida debida a V1 la
llamaremos V01. Y como V(-) = V(+) la tensin de salida debida a V1
(suponiendo V2 = 0) valdr:
Y la salida debida a V2 (suponiendo V1 = 0) ser, usando la
ecuacin de la ganancia para el circuito inversor, V02
Y dado que, aplicando el teorema de la superposicin la tensin de
salida V0= V01+V02 y haciendo que R3 sea igual a R1 y R4 igual a R2
tendremos que:
Por lo que concluiremos con:
Que al expresarlo en trminos de ganancia quedara:
Esta configuracin es nica porque puede rechazar una seal comn a
ambas entradas. Esto se debe a la propiedad de tensin de entrada
diferencial nula, que se explica a continuacin.En el caso de V1y
V2sean idnticas, el anlisis es sencillo. V1se dividir entre R1y R2,
apareciendo una menor tensin V(+) en R2. Debido a la ganancia
infinita del amplificador, y a la tensin de entrada diferencial
cero, una tensin igual V(-) debe aparecer en el nudo suma (-).
Puesto que la red de resistencias R3y R4es igual a la red R1y R2, y
se aplica la misma tensin a ambos terminales de entrada, se
concluye que Vo debe estar a potencial nulo para que V(-) se
mantenga igual a V(+); Vo estar al mismo potencial que R2, el cual,
de hecho est a masa. Esta muy til propiedad del amplificador
diferencial, puede utilizarse para discriminar componentes de ruido
en modo comn no deseables, mientras que se amplifican las seales
que aparecen de forma diferencial. Si se cumple la relacin
La ganancia para seales en modo comn es cero, puesto que, por
definicin, el amplificador no tiene ganancia cuando se aplican
seales iguales a ambas entradas.Las dos impedancias de entrada de
la etapa son distintas. Para la entrada (+), la impedancia de
entrada es R1 + R2. La impedancia para la entrada (-) es R3. La
impedancia de entrada diferencial (para una fuente flotante) es la
impedancia entre las entradas, es decir, R1+R3.AMPLIFICADOR
RESTADOR
La caracterstica principal de este modo es la amplificacin de la
diferencia de las tensiones de entrada. Tiene el inconveniente de
que disminuye la impedancia de entrada del amplificador
sensiblemente adems de que las dos resistencias R1 y las dos R2
tienen que ser iguales
Como sabemos que la pata inversora y la no inversora tienen que
ser iguales, podemos decir que las resistencias R1 y R2 superiores
y las R1 y R2 inferiores se encuentran en serie. Planteando la
ecuacin:
De estas dos igualdades podemos la tensin de salida en funcin de
los valores R1, R2 y las tensiones de entrada. Despejando Va de
ambas ecuaciones:
Igualando ambas expresiones se obtiene la expresin final de la
tensin de salida
Como se puede ver esta configuracin amplifica o atena la
diferencia existente entre las dos entradas V2 y V1.
CIRCUITO SEGUIDOR DE TENSIN (BUFFER)
En el amplificador operacional en modo Seguidor de Tensin, la
tensin de la seal de entrada, Vin, es igual a la tensin de salida,
Vout, es decir, la seal de salida sigue a la de entrada, de ah su
nombre.
Estos circuitos tratan de aprovechar las caractersticas de alta
resistencia de entrada y baja de salida de los amplificadores
operacionales. Se utiliza como buffer, para eliminar efectos de
carga, pero su uso ms corriente es el de adaptador de impedancias
de diferentes etapas (conectar un dispositivo de gran impedancia a
otro con baja impedancia o viceversa).
El amplificador operacional en modo Seguidor de Tensin, la
tensin de la seal de entrada, Vin, es igual a la tensin de salida,
Vout, es decir, la seal de salida sigue a la de entrada, de ah su
nombre.Estos circuitos tratan de aprovechar las caractersticas de
alta resistencia de entrada y baja de salida de los amplificadores
operacionales. Se utiliza como buffer, para eliminar efectos de
carga, pero su uso ms corriente es el de adaptador de impedancias
de diferentes etapas (conectar un dispositivo de gran impedancia a
otro con baja impedancia o viceversa).
FUNCIONAMIENTO Y CLCULOS (BUFFER)
A la vista del circuito de la imagen y aplicando el concepto de
cortocircuito virtual, tenemos que I1=0 y la tensin en la entrada
no-inversora es igual que la tensin de la entrada inversora, con lo
que se puede afirmar que Vin=Vout. Tambin se puede decir que I2=0,
con lo cual la carga demandar la corriente por I3 nicamente,
permaneciendo aisladas la entrada y la salida del amplificador
operacional.
Resumiendo, como la tensin en las dos patillas de entrada es
igual, la tensin de salida ser:
Este circuito presenta la ventaja de que la impedancia de
entrada es elevadsima y la de salida prcticamente nula. Puede ser
til, por ejemplo, para poder leer la tensin de un sensor con una
intensidad muy pequea, que no afecte apenas a la medicin. De hecho,
es un circuito muy recomendado para realizar medidas de tensin lo
ms exactas posibles, pues, al medir la tensin del sensor, la
corriente pasa tanto por el sensor como por el voltmetro, y la
tensin a la entrada del voltmetro depender de la relacin entre la
resistencia del voltmetro y la resistencia del resto del conjunto
formado por sensor, cableado y conexiones.
FUENTES DE CORRIENTES CONTROLADAS POR TENSION (FUENTES
CONTROLADAS)
Se entiende por fuente controlada cualquier fuente de voltaje,
corriente o mixta cuyo valor dependa de una cantidad cualquiera. Si
esa cantidad es independiente del circuito la fuente se denomina
fuente independiente; si la cantidad controlada es una de las
variables del circuito la fuente se llamar fuente dependiente.
Estas ltimas en realidad no se comportan matemticamente como
fuentes sino ms bien como impedancias controladas. Tambin hay dos
tipos de fuentes controladas de corriente:
a) Fuente de corriente controlada por tensin. K tiene unidades
de conductancia (siemens), vx es la tensin de control.
b) Fuente de corriente controlada por corriente. K es
adimensional, ix es la corriente de control.
Las fuentes controladas se utilizan para obtener el modelo de un
gran nmero de dispositivos electrnicos como: vlvulas de vaco,
transitores, FET, amplificadores operacionales, etc.Las fuentes de
tensin y corriente, a pesar de ser elementos activos, se pueden
comportar como elementos pasivos, lo cual quiere decir que en lugar
de entregar energa la absorben (consumen), igual que un
resistor.
INSTRUMENTACIN
Multmetro Digital (DMM)Los multmetros digitales DMM (Digital
Multi Meter) son instrumentos que miden mltiples magnitudes
analgicas dando el valor de la medicin a travs de un nmero de x
dgitos. Son el instrumento ms adecuado para medir tensiones e
intensidades -en continua y alterna- (frecuencia por debajo de las
centenas de khz) y resistencias. Consiste bsicamente de un
amplificador de tensin continua A cuya salida es proporcional a la
magnitud a medir. [En un amplificador la relacin entre la tensin de
entrada Vi y la de salida Vo es: Vo = Vi*A . La misin del mismo en
este caso es adaptar la tensin de entrada Vi a los niveles de
tensin que necesita la etapa siguiente, el ADC. La magnitud a medir
(tensin, corriente o resistencia, etc.) se transforma siempre por
distintos medios- a una tensin vi que es a su vez la entrada al
amplificador A , cuya tensin de salida vo se transformar a un valor
digital XX mediante un conversor analgico digital ADC (Analogic to
Digital Converter). Este valor luego se enva para su lectura a un
display digital.
OSCILOSCOPIOPara observar la evolucin temporal de una seal de
tensin (analgica o digital), se puede usar un osciloscopio; la
mayora de estos requiere que dicha seal sea peridica, tal que
puedan "dibujarla" de manera precisa en la pantalla. No obstante,
existen osciloscopios especiales, como ser los digitales, capaces
de representar una seal no repetitiva; para ello disponen de algn
sistema de memoria.El osciloscopio cuenta con un tubo de rayos
catdicos, en cuya pantalla se puede ver tal evolucin. En el
interior del mismo, hay un can de electrones emitiendo
constantemente un haz centrado (que produce un punto luminoso en la
pantalla) y dos juegos de placas deflectoras, las horizontales y
las verticales.El esquema del tubo de rayos catdicos es el
siguiente:
La siguiente imagen ilustra los controles bsicos de un
osciloscopio analgico:
GENERADORES DE SEAL
La necesidad de contar con fuentes de seales de distinto tipo y
caractersticas hace del uso frecuente en los laboratorios de
generadores de seal. Es difcil hacer una clasificacin dado que
muchas de sus prestaciones son comunes. Sin embargo, atendiendo a
las reas de aplicacin, se pueden distinguir los siguientes tipos:
generadores de audio; generadores de funcin; generadores de pulsos
y generadores de radio frecuencia.A continuacin se ve un resumen de
las caractersticas ms importantes de cada uno de ellos.
Generadores de audio: Forma de onda: entregan esencialmente onda
senoidal de muy baja distorsin (tpicamente 0.05%). Tambin pueden
proveer ondas cuadradas. Frecuencia: cubren el rango de 20Hz a
20kHz, algunos modelos pueden llegar hasta 100kHz. Impedancia de
salida: 600. rea de aplicacin: laboratorios de audio.
Generadores de funcin: Forma de onda: triangular, rampa,
rectangular y pulso. Onda senoidal conformada (distorsin 0.5%).
Todas con nivel de continua (DC offset ) ajustable. Frecuencia:
desde 0.001Hz hasta 40MHz Barrido en frecuencia: linear y
logartmico. Modulacin: en amplitud y frecuencia. Impedancia de
salida: 50. rea de aplicacin: Pruebas de amplificadores; ensayo de
estabilidad, distorsin y respuesta de servo-sistemas; generador de
propsitos generales.
Generadores de pulsos:
Forma de onda: pulso rectangular Frecuencia: desde 100Hz hasta
250MHz Duracin de pulso: variable desde 2ns hasta 5ms algunos con
posibilidad de variar los tiempos de subida (rise time) y bajada
(fall time) Perodo de repeticin: desde 4ns hasta 10ms Disparo
externo (trigger) Impedancia de salida: 50 Area de aplicacin:
Electrnica de alta velocidad (nuclear) y digital Generadores de
radio frecuencia: Forma de onda: senoidal Rango de frecuencias:
depende de las bandas
Modulacin de amplitud: desde 0% hasta 95% Impedancia de salida:
50 rea de aplicacin: prueba y alineacin de equipos de recepcin y
transmisin en RF.
La siguiente imagen ilustra el aspecto de un generador de
seal.
INTRODUCCIN
El nombre de amplificador operacionalderiva del concepto de un
amplificadordc(amplificador continuo) con una entrada diferencial y
ganancia extremadamente alta, cuyas caractersticas de operacin
estaban determinadas por los elementos de realimentacin utilizados.
Cambiando los tipos y disposicin de los elementos de realimentacin,
podan implementarse diferentes operaciones analgicas; en gran
medida, las caractersticas globales del circuito estaban
determinadasslopor estos elementos de realimentacin. De esta forma,
el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y
el desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar
al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseo de
circuitos.En este trabajo se mostrara algunas definiciones bsicas
del amplificador operacional, entre ellas esta el amplificador
inversor, sumador, diferencial, restador y bufferTambin las
diferentes aplicaciones con respecto a las corrientes que son
manipulables y su diferente instrumentacin.
CONCLUSIN
Todas las caractersticas de los circuitos que se han mostrado
son importantes, puesto que, son las bases para la completa
fundamentacin de la tecnologa de los circuitos amplificadores
operacionales. Las 5 definiciones bsicas que describen al
amplificador ideal son fundamentales, y a partir de estos se
desarrollan los tres principales temas de la teora de los
amplificadores operacionales, los cuales repetimos aqu:1.- La
tensin de entrada diferencial es nula2.- No existe flujo de
corriente en ninguno de los terminales de entrada3.- En lazo
cerrado, la entrada (-) ser regulada al potencial de entrada (+) o
de referencia.Estos tres temas se han mostrado en todos los
circuitos bsicos y sus variaciones. En la configuracin inversora,
los conceptos de corriente de entrada nula, y tensin de entrada
diferencial cero, dan origen a los conceptos de suma y tierra
virtual, donde la entrada inversora se mantiene por realimentacin
al mismo potencial que la entrada no inversora y su masa. La
configuracin diferencial combina los conceptos de la entrada
inversora y no inversora, mostrando el ideal de la similitud de la
amplificacin diferencial y el rechazo de la seal en modo comn. Las
variaciones del inversor ponen de nuevo en manifiesto los
principios bsicos. En todos estos circuitos se ve tambin cmo el
funcionamiento est solamente determinado por los componentes
conectados externamente al amplificador.Hasta este momento se ve
definido el AO en sentido ideal y se ha examinado sus
configuraciones bsicas. Con una definicin adicional, la simbologa
del dispositivo, se llegara al mundo real de los dispositivos
prcticos, examinando sus desviaciones respecto al ideal, y se ve
cmo se podrn superar.
BIBLIOGRAFIA
http://www.scuolaelettrica.it/escuelaelectrica/elettronica/differe2.phphttp://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-sumador/62-circuito-sumadorhttp://carlos-orrego.blogspot.com/2012/03/amplificador-sumador-y-restador.htmlhttp://www.qi.fcen.uba.ar/materias/iqi/opamp1.htmlhttp://grupo5laboratorio.blogspot.com/p/amplificador-restador-tp-6.htmlhttp://daqcircuitos.net/index.php/circuitos-tipicos-con-amplificadores-operacionales/circuito-seguidor-de-tension/81-circuito-seguidor-de-tensionhttp://cmap.upb.edu.co/rid=1149710721000_743077785_127882/Cap9.pdfhttp://www.eecis.udel.edu/~paredesj/docs/Guia_Circuitos_Electricos_Profesor_Jaime_Ramirez.pdfhttp://www.ib.cnea.gov.ar/~electronica/teoria/publico/Modulo1.pdf