Taller de Electróncia para Sı́ntesis Musical Teorı́a de circuitos Estudio de Música Electroacústica Escuela Universitaria de Música Universidad de la República, Uruguay Martı́n Tarragona, Juan Martı́n López, Martı́n Rocamora Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 1 / 13 Contenido 1 Transistor 2 Circuitos integrados 3 Amplificador operacional Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 2 / 13 1 Transistor 2 Circuitos integrados 3 Amplificador operacional Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 3 / 13 Transistor Caraterı́sticas: dispositivo semi-conductor (activo) Bardeen, Shockley y Brattain (1948) Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 4 / 13 Transistor Caraterı́sticas: dispositivo semi-conductor (activo) presenta al menos tres terminales Bardeen, Shockley y Brattain (1948) Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 4 / 13 Transistor Caraterı́sticas: dispositivo semi-conductor (activo) presenta al menos tres terminales usado como amplificador y llave de control Bardeen, Shockley y Brattain (1948) Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 4 / 13 Transistor Caraterı́sticas: dispositivo semi-conductor (activo) presenta al menos tres terminales usado como amplificador y llave de control clave en el desarrollo de la electrónica Bardeen, Shockley y Brattain (1948) Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 4 / 13 Transistor Caraterı́sticas: dispositivo semi-conductor (activo) presenta al menos tres terminales usado como amplificador y llave de control clave en el desarrollo de la electrónica Operación simplificada un voltaje (o corriente) entre dos de sus terminales puede cambiar la corriente (o voltaje) entre otro par de terminales Bardeen, Shockley y Brattain (1948) Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 4 / 13 Transistor Caraterı́sticas: dispositivo semi-conductor (activo) presenta al menos tres terminales usado como amplificador y llave de control clave en el desarrollo de la electrónica Operación simplificada un voltaje (o corriente) entre dos de sus terminales puede cambiar la corriente (o voltaje) entre otro par de terminales propiedad de amplificación: la señal de salida (controlada) puede ser mayor que la señal de entrada (de control) Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical Bardeen, Shockley y Brattain (1948) eMe - EUMUS - 2013 4 / 13 Transistor en un transistor bipolar las terminales se denominan: base, colector y emisor Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 5 / 13 Transistor en un transistor bipolar las terminales se denominan: base, colector y emisor una corriente en la base puede controlar una corriente más grande en el colector Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 5 / 13 Transistor en un transistor bipolar las terminales se denominan: base, colector y emisor una corriente en la base puede controlar una corriente más grande en el colector relación proporcional: IC = β IB , Teorı́a de circuitos (3 clases) β1 Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 5 / 13 Transistor en un transistor bipolar las terminales se denominan: base, colector y emisor una corriente en la base puede controlar una corriente más grande en el colector relación proporcional: IC = β IB , β1 IE = IB + IC = (1 + β)IB ∼ βIB = IC Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 5 / 13 Transistor en un transistor bipolar las terminales se denominan: base, colector y emisor una corriente en la base puede controlar una corriente más grande en el colector relación proporcional: IC = β IB , β1 IE = IB + IC = (1 + β)IB ∼ βIB = IC Funcionamiento como llave corte y saturación Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 5 / 13 Transistor en un transistor bipolar las terminales se denominan: base, colector y emisor una corriente en la base puede controlar una corriente más grande en el colector relación proporcional: IC = β IB , β1 IE = IB + IC = (1 + β)IB ∼ βIB = IC Funcionamiento como llave corte y saturación VIN = 0 ⇒ IB = 0 IC = 0 y VOUT = VCC Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 5 / 13 Transistor en un transistor bipolar las terminales se denominan: base, colector y emisor una corriente en la base puede controlar una corriente más grande en el colector relación proporcional: IC = β IB , β1 IE = IB + IC = (1 + β)IB ∼ βIB = IC Funcionamiento como llave corte y saturación VIN = 0 ⇒ IB = 0 IC = 0 y VOUT = VCC VIN = VCC ⇒ IB = IC IB y VOUT Teorı́a de circuitos (3 clases) VCC R →0 Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 5 / 13 1 Transistor 2 Circuitos integrados 3 Amplificador operacional Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 6 / 13 Circuitos integrados en tamaño reducido se pueden integrar billones de transistores y componentes Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 7 / 13 Circuitos integrados en tamaño reducido se pueden integrar billones de transistores y componentes ejemplos: contadores de tiempo, compuertas lógicas, amplificadores operacionales, etc Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 7 / 13 1 Transistor 2 Circuitos integrados 3 Amplificador operacional Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 8 / 13 Amplificador operacional amplificador con entrada diferencial (V+ − V− ) y una única salida Vout Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 9 / 13 Amplificador operacional amplificador con entrada diferencial (V+ − V− ) y una única salida Vout fuente de alimentación positiva y negativa, Vs+ y Vs− Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 9 / 13 Amplificador operacional amplificador con entrada diferencial (V+ − V− ) y una única salida Vout fuente de alimentación positiva y negativa, Vs+ y Vs− voltaje de salida: diferencia de voltaje en terminales de entrada por una ganancia Vout = G (V+ − V− ) Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 9 / 13 Amplificador operacional amplificador con entrada diferencial (V+ − V− ) y una única salida Vout fuente de alimentación positiva y negativa, Vs+ y Vs− voltaje de salida: diferencia de voltaje en terminales de entrada por una ganancia Vout = G (V+ − V− ) parámetros ideales y reales: ideal real G ∞ 105 Teorı́a de circuitos (3 clases) Rin ∞ 1 MΩ Rout 0 1Ω Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 9 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento sin realimentación (lazo abierto) incluso una diferencia muy pequeña entre terminales de entrada será muy amplificada Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 10 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento sin realimentación (lazo abierto) incluso una diferencia muy pequeña entre terminales de entrada será muy amplificada el voltaje de salida no puede exceder los lı́mites de tensión de alimentación Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 10 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento sin realimentación (lazo abierto) incluso una diferencia muy pequeña entre terminales de entrada será muy amplificada el voltaje de salida no puede exceder los lı́mites de tensión de alimentación por lo que necesariamente satura V+ > V− ⇒ (V+ − V− ) > 0 ⇒ V out = Vs+ V+ < V− ⇒ (V+ − V− ) < 0 ⇒ V out = Vs− Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 10 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento sin realimentación (lazo abierto) incluso una diferencia muy pequeña entre terminales de entrada será muy amplificada el voltaje de salida no puede exceder los lı́mites de tensión de alimentación por lo que necesariamente satura V+ > V− ⇒ (V+ − V− ) > 0 ⇒ V out = Vs+ V+ < V− ⇒ (V+ − V− ) < 0 ⇒ V out = Vs− es un comparador entre voltajes de entrada Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 10 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento sin realimentación (lazo abierto) incluso una diferencia muy pequeña entre terminales de entrada será muy amplificada el voltaje de salida no puede exceder los lı́mites de tensión de alimentación por lo que necesariamente satura V+ > V− ⇒ (V+ − V− ) > 0 ⇒ V out = Vs+ V+ < V− ⇒ (V+ − V− ) < 0 ⇒ V out = Vs− es un comparador entre voltajes de entrada lo que tiene diversas aplicaciones Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 10 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento con realimentación (lazo cerrado) un comportamiento más controlado se logra por realimentación negativa: una porción de la salida se conecta a la entrada inversora configuración inversora Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 11 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento con realimentación (lazo cerrado) un comportamiento más controlado se logra por realimentación negativa: una porción de la salida se conecta a la entrada inversora esto tiene el efecto de reducir la ganancia configuración inversora Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 11 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento con realimentación (lazo cerrado) un comportamiento más controlado se logra por realimentación negativa: una porción de la salida se conecta a la entrada inversora esto tiene el efecto de reducir la ganancia la ganancia queda determinada por el circuito de realimentación configuración inversora V+ = 0 I = ⇒ Vin − V− V− − Vout = Rin Rf Vout = − Teorı́a de circuitos (3 clases) V− = 0 Rf Vin Rin Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 11 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento con realimentación (lazo cerrado) un comportamiento más controlado se logra por realimentación negativa: una porción de la salida se conecta a la entrada inversora esto tiene el efecto de reducir la ganancia la ganancia queda determinada por el circuito de realimentación configuración inversora V+ = 0 I = ⇒ V− = 0 Vin − V− V− − Vout = Rin Rf Vout = − Rf Vin Rin hay inversión y escalado de la entrada Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 11 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento con realimentación (lazo cerrado) un comportamiento más controlado se logra por realimentación negativa: una porción de la salida se conecta a la entrada inversora esto tiene el efecto de reducir la ganancia la ganancia queda determinada por el circuito de realimentación configuración inversora V+ = 0 I = ⇒ V− = 0 Vin − V− V− − Vout = Rin Rf Vout = − Rf Vin Rin configuración no inversora hay inversión y escalado de la entrada Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 11 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento con realimentación (lazo cerrado) un comportamiento más controlado se logra por realimentación negativa: una porción de la salida se conecta a la entrada inversora esto tiene el efecto de reducir la ganancia la ganancia queda determinada por el circuito de realimentación configuración inversora V+ = Vin I = ⇒ V− = Vin Vin Vout − Vin = R1 R2 Vout = R1 + R2 Vin R1 configuración no inversora hay solo escalado de la entrada Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 12 / 13 Amplificador operacional Funcionamiento con realimentación (lazo cerrado) Existen muchas otras configuraciones tı́picas amplificador logarı́tmico Vout = −VT ln( IVs inR ) amplificador sumador 1 Vout = −Rf ( V R1 + V2 R2 + ··· + Vn Rn ) Schmitt trigger (comparador con histéresis) Teorı́a de circuitos (3 clases) Taller de Electrónica para Sı́ntesis Musical eMe - EUMUS - 2013 13 / 13