LECCIÓN N 6 AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Electrónica General 1

LECCIÓN 6 AMPLIFICADORES

OPERACIONALES LECCI

LECCIÓ ÓN 6 N 6 AMPLIFICADORES AMPLIFICADORES OPERACIONALES OPERACIONALES

Amplificadores diferenciales Amplificadores diferenciales

Amplificadores operacionales. El AO ideal Amplificadores operacionales. El AO ideal

Aplicaciones lineales de los AOs Aplicaciones lineales de los AOs

Aplicaciones no lineales de los AOs Aplicaciones no lineales de los AOs

Características reales de los AOs Características reales de los AOs

LECCIÓN 6. Amplificadores Operacionales

UPM DIE

Los amplificadores, analizados en la lección anterior, tienen como entrada una sola tensión medida respeto a una tensión de referencia (masa).

Los amplificadores, analizados en la lección anterior, tienen como entrada una sola tensión medida respeto a una tensión de referencia (masa).

Amplificadores diferenciales Amplificadores diferenciales

u₁ A u₂

Los AMPLIFICADORES DIFERENCIALES tienen dos entradas y dan una salida proporcional a la diferencia de las tensiones aplicadas a las entradas.

Los AMPLIFICADORES DIFERENCIALES tienen dos entradas y dan una salida proporcional a la diferencia de las tensiones aplicadas a las entradas.

u₁

u_S

u₂ Ad

Electrónica General 3

Amplificadores diferenciales Amplificadores diferenciales

Capacidad del amplificador de rechazar señales en modo común Capacidad del amplificador de Capacidad del amplificador de rechazar se

rechazar señ ñales en modo com ales en modo comú ún n Rechazo en modo común

Rechazo en modo común

Modo común: A

Diferencial: A

Modo com Modo comú ún: A n: A

Diferencial: A Diferencial: A

Ganancias

Ganancias A A

<< A << A

mc mc d d

s

A · u A · u

u = +

d d s

A · u u = Real

Real Ideal Ideal

Tensión en modo común Tensión común a ambas entradas

2 u u

= u

+

Tensión en modo diferencial

2 1

d

u u

u = −

u₁

u_S

u₂ Ad

LECCIÓN 6. Amplificadores Operacionales

UPM DIE

Amplificadores diferenciales Amplificadores diferenciales

u_d Ad

Ruido

R_L Sensor

u₁ A

u₂

Sensor Ruido R_L

Son más inmunes al ruido y no tenemos que referir las señales a masa Son más inmunes al ruido y no tenemos

que referir las señales a masa Ventaja

Ventaja Ventaja

El amplificador diferencial no amplifica el ruido con lo que a R

no le llega ruido

El amplificador diferencial no amplifica

el ruido con lo que a R

no le llega

ruido

Electrónica General 5

Amplificadores diferenciales Amplificadores diferenciales

u_d u_S

Ad u₁

u₂

u_d R_e A_d·u_d u_S

R_s SÍMBOLO

SÍMBOLO CIRCUITO EQUIVALENTECIRCUITO EQUIVALENTE

Raz

mc d

A RRMC = A

LECCIÓN 6. Amplificadores Operacionales

UPM DIE

Amplificador Operacional Amplificador Operacional

¾ Es un amplificador diferencial que se integra en un circuito y se caracteriza por tener:

) Ganancia de tensión muy alta ) Alta impedancia de entrada ) Baja impedancia de salida ) Amplifica tensión y potencia

¾ Es un amplificador diferencial que se integra en un circuito y se caracteriza por tener:

) Ganancia de tensión muy alta ) Alta impedancia de entrada ) Baja impedancia de salida ) Amplifica tensión y potencia

u_S Ad

u-

u+

u_e A_d·u_e u_S

SÍMBOLO

SÍMBOLO Amplificador Operacional IDEALAmplificador Operacional IDEAL +U_cc

-U_cc

u₊

u-

R_e Ö∞ R_s Ö0 A_d Ö∞ +

_

Electrónica General 7

Aplicaciones lineales de los AOs Aplicaciones lineales de los AOs

¾ Una aplicación lineal se tiene cuando se realimenta negativamente el amplificador

¾ Una aplicación lineal se tiene cuando se realimenta negativamente el amplificador

En bucle abierto

En bucle abierto

u+

+U_cc

-U_cc

Si u- < u+ Æ u

= +U

Si u- > u+ Æ u

= -U

Si u+Ç Æ u

Ç se magnifica el efecto u

= A

(u

- u

)

u_e u++

_

u_S u_e

Con realimentación

positiva

Con realimentación positiva

u_S u_e +

_

u

= A

(u

- u

) como A

Æ ∞ u

= u

equilibrio

Si inicialmente u

= 0 Con realimentación

negativa Con realimentación negativa

+ _

u-

u

= A

(u

- u

) = A

u

LECCIÓN 6. Amplificadores Operacionales

UPM DIE

Aplicaciones lineales de los AOs Aplicaciones lineales de los AOs

¾ Se suelen considerar características ideales:

) R

= ∞. . . la corriente de entrada al AO es cero

) R

= 0 . . . se comporta como una fuente ideal de tensión

) Con realimentación negativa u+ = u- para que la salida sea distinta de ±U

Amplificador inversor Amplificador inversor Integrador

Integrador Derivador Derivador Sumador Sumador

Amplificador de ganancia positiva Amplificador de ganancia positiva Amplificador diferencial

Amplificador diferencial

Electrónica General 9

Aplicaciones lineales de los AOs Aplicaciones lineales de los AOs

u_S u_e

+ i _

R₁ i R₂

e 1 2 s

2 s 1

e

u R · u R

R u 0 R

0 u

V 0 u u

−

=

= −

−

= +

=

−

Amplificador inversor Amplificador inversor

dt CR du u

R u dt C du i

V 0 u u

e s

s e

−

=

= −

=

= +

=

−

Derivador Derivador

u_S u_e

+ _ u_c

C R

i

i

LECCIÓN 6. Amplificadores Operacionales

UPM DIE

Aplicaciones lineales de los AOs Aplicaciones lineales de los AOs

−

= −

−

=

− =

=

= +

=

−

e s

s c

e

RC u 1 dt du

dt C du dt C du R

0 i u

V 0 u u

Integrador Integrador

i u_S

u_e

+ _

u_c C

R u₃ u_S

+ i₃ _ R₃

i R

R₂ R₁ u₂ u₁

i₂ i₁

⎟⎟ ⎞

⎜⎜ ⎛ + +

−

=

+ +

=

−

+ +

=

= +

=

−

3 2 1

3 3 2 2 1 1 s

3 2 1

u u R u u

R u R u R u R u

i i i i

V 0 u u

Sumador Sumador

i

Electrónica General 11

Aplicaciones lineales de los AOs Aplicaciones lineales de los AOs

⎟⎟ ⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ +

=

= −

−

= +

=

−

1 2 e s

2 s e 1

e e

R 1 R u u

R u u R

u 0

u u u

Amplificador de Amplificador de ganancia positiva ganancia positiva

) u u R ( u R

R u u R

u u

R R u R u u u

1 2 1 2 s

2 s A 1

A 1

2 1

2 2 A

−

=

= −

−

= +

= +

=

−

Amplificador Amplificador diferencial diferencial

u_S u_e

+ i _

R₁ i R₂

u_e

u_S A

+

R₁ _ R₂

R₁ A

R₂ u₂

u₁

LECCIÓN 6. Amplificadores Operacionales

UPM DIE

Aplicaciones no lineales de los AOs Aplicaciones no lineales de los AOs

u_S u-

u+

+U_cc

-U_cc

Realimentaci

Realimentació ón positiva o bucle abierto n positiva o bucle abierto _u

+U

u

-U

Comparador Comparador

t u

Si u- < u+ Æ u

= +U

Si u- > u+ Æ u

= -U

u_S u_e +U_cc

-U_cc A

R₂ R₁

U_REF

u_S u₁

u₂

+U_cc

-U_cc

u

u

< u

Æ u

= +U

u

> u

Æ u

= -U

u

< u

Æ u

= +U

u

> u

Æ u

= -U

2 REF

A

R R

U R

u = +

+ _ u_d

+ _

+ _

+U

-U

u

u

Electrónica General 13

Aplicaciones no lineales de los AOs Aplicaciones no lineales de los AOs

Comparador con hist Comparador con histé éresis resis

u_S u_e +U_cc

-U_cc

A R₂

R₁ ^{1 2}

2 CC 2 1

2 s

A

R R

U R R R u R

u = ± +

= +

2 1

2 CC A comp CC

S

R R

U R u u U u

Si = + = = + +

2 1

2 CC A comp CC

S

R R

U R u u U u

Si = − = = − +

+u

U

-u

-U

u

u

u

u

u

u

_

LECCIÓN 6. Amplificadores Operacionales

UPM DIE

Problema Problema

R(T)=Ro(1+αT) R_o=100Ω α=4·10^-3(ºC)^-1 T en ºC

TREF=25ºC UBAT=5V R=200Ω R1=200Ω R2=2000Ω U_cc=±15V

R₃=1kΩ R4=500Ω

Figura 1

Figura 2

Se quiere medir la temperatura en un proceso industrial utilizando una PRT. Esta se sitúa en el interior del horno y se coloca otra a una temperatura constante T_REF de 25ºC.

Se propone el circuito de la figura 1 para realizar la medida:

a) Calcule la relación entre u1y T (temperatura a medir).

b) Calcule el margen de temperaturas a las que la medida es fiable (margen de medida).

c) Calcule la sensibilidad del proceso de medida e indique cómo podría mejorarse.

Si a la salida u1 se conecta un circuito (como el mostrado en la figura 2) para encender una refrigeración cuando se supere una temperatura dada, dibuje la curva que relaciona u₂con la