03 Amplificador OperacionalFM

Tema 3
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
Amplificadores diferenciales
Amplificadores operacionales. El AO ideal
Aplicaciones lineales de los AOs
cei@upm.es
Aplicaciones no lineales de los AOs
Características reales de los AOs
Oscilador Astable
©Universidad Politécnica de Madrid
Amplificadores diferenciales
Los amplificadores, analizados en la lección anterior, tienen
como entrada una sola tensión medida respeto a una tensión
de referencia (masa)
Los AMPLIFICADORES DIFERENCIALES tienen dos entradas
y dan una salida proporcional a la diferencia de las tensiones
aplicadas a la entrada
Fundamentos de Electrónica: Analógica
u1
u2
A
u1
u2
us
Ad
2
1
Amplificadores diferenciales
u1
Tensión en modo común
u2
Tensión común a ambas entradas
us
Ad
umc 
u1  u2
2
ud  u1  u2
Capacidad del amplificador de
rechazar señales en modo común
Rechazo en modo común
Modo común: Amc
Diferencial: Ad
Ganancias
Tensión en modo diferencial
Amc << Ad
Real
us  A d ·ud  A mc ·umc
Ideal
us  A d ·ud
Fundamentos de Electrónica: Analógica
3
Amplificadores diferenciales
Ventaja
Son más inmunes al ruido y no tenemos que referir las señales a masa
u1
Sensor
A
u2
Ruido
R
L
ud
Sensor
Ad
R
Ruido
El amplificador diferencial no amplifica
el ruido con lo que a RL no le llega ruido
L
Fundamentos de Electrónica: Analógica
4
2
Amplificadores diferenciales
Circuito Equivalente
Símbolo
Rs
u1
us
Ad
ud
ud
Re
Ad·ud
us
u2
RRMC 
Razón de rechazo en modo común
Ad
A mc
Fundamentos de Electrónica: Analógica
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Amplificador Operacional
 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
Amplificador Operacional Ideal
(Circuito Equivalente)
Símbolo
uu
u+
_
Ad
+
u+
+Ucc
us
Ad·ue
ue
-Ucc
us
Re  
Rs  0
Ad  
u-
Fundamentos de Electrónica: Analógica
6
3
Amplificador Operacional uA741: Estructura interna
Fundamentos de Electrónica: Analógica
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Utilización de los Aos: realimentación
u‐
_
+Ucc
us
En lazo abierto
+
u+
Con
realimentación
positiva
Con
realimentación
negativa
ue
Si u‐ > u+  us = ‐UCC
Si u‐ < u+  us = +UCC
‐Ucc
u‐
_
us
us
u+
_
ue
+
Seguidor de tensión
us
+
us = Ad (us ‐ ue) como Ad  
ue = us equilibrio
Fundamentos de Electrónica: Analógica
Si u+  us 
se magnifica el efecto
us = Ad (us ‐ ue)
Si inicialmente
us = 0
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4
Aplicaciones lineales de los AOs
 Una aplicación lineal se tiene cuando se realimenta negativamente el

amplificador
Se suelen considerar características ideales:



Re = . . . lla corriente
i t de
d entrada
t d all AO es cero
Rs = 0 . . . se comporta como una fuente ideal de tensión
Con realimentación negativa u+ = uAmplificador inversor
Integrador
Derivador
Sumador
Amplificador de ganancia positiva
Amplificador diferencial
Tipos
Fundamentos de Electrónica: Analógica
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Aplicaciones lineales de los AOs
Amplificador inversor
R1 i
ue
i
Derivador
R2
_
C
us
ue
i
uc
+
u  u  0 V
ue  0 0  us

R2
R1
us  
R2
·ue
R1
R
i
_
us
+
u  u  0 V
du
 us
iC e 
dt
R
due
us  CR
dt
Fundamentos de Electrónica: Analógica
10
5
Aplicaciones lineales de los AOs
Integrador
i
i
ue
_
Sumador
C
u1
uc
u2
us
R
u3
R1
i1
R2
i2
R3
i3
R
i
_
+
us
+
u  u  0 V
u   u  0 V
ue  0
du
du
i
 C c  C s
dt
R
dt
du s
1
ue

dt
RC
1 t
uS ( t )  u s (0 ) 
ue dt
RC  0
i  i1  i2  i3
u
u
u
u
 s  1 2  3
R R1 R 2 R 3
u
u 
u
us  R 1  2  3 
 R1 R 2 R 3 
Fundamentos de Electrónica: Analógica
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Aplicaciones lineales de los AOs
Amplificador de
ganancia positiva
R2
i
R1
i
ue
ue
Amplificador
diferencial
_
+
us
u1
u2
R2
R1
R1
_
A
A
us
+
R2
u  u  u e
0  ue u e  us

R1
R2
 R 
us  ue 1  2 
 R1 
u  u  u A  u 2
R2
R1  R 2
u1  u A u A  us

R1
R2
us 
Fundamentos de Electrónica: Analógica
R2
(u2  u1 )
R1
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Aplicaciones no lineales de los AOs
Realimentación positiva o bucle abierto
us
u-
_
+Ucc
Si u‐ > u+  us = ‐UCC
Si u
u‐ < u+  us = +UCC
us
ud
+
u+
+Ucc
ud
-Ucc
-Ucc
Comparador
u1
+Ucc
_
us
+
u2
u1 > u2  us = ‐UCC
u1 < u2  us = +UCC
us
us
+Ucc
uA
-Ucc
t
UREF
R1
ue
_
+Ucc
us
A
+
R2
ue > uA  us = ‐UCC
ue < uA  us = +UCC
-Ucc
ue
-Ucc
R2
u A  UREF
R1  R 2
Fundamentos de Electrónica: Analógica
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Aplicaciones no lineales de los AOs
Comparador con histéresis
ue
_
+
+Ucc
us
-Ucc
u A  us
R1
A
R2
R2
 UCC
R1  R 2
R1  R 2
Si uS  UCC ucomp  u A  UCC
R2
R2
R1  R 2
Si uS  UCC ucomp  u A  UCC
us
Ucc
R2
R1  R 2
us
+uA
ue
uA
uA
-uA
-Ucc
Fundamentos de Electrónica: Analógica
ue
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Aplicaciones no lineales de los AOs
R
C
-
_
Oscilador Astable
+Ucc
us
+
uc
+
-Ucc
u A  us
R1
R2
R2
 UCC
R1  R 2
R1  R 2
Si uS  UCC ucomp  u A  UCC
A
R2
R2
R1  R 2
Si uS  UCC ucomp  u A  UCC
us
R2
R1  R 2
us
Ucc
+uA
ue
uA
uA
-uA
uc
-Ucc
Fundamentos de Electrónica: Analógica
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Aplicaciones no lineales de los AOs
Oscilador Astable
R
Ucc
C
-
+
+Ucc
uc
+uA
-uA
R
-Ucc
uc
C
-
+
uc
-Ucc
Fundamentos de Electrónica: Analógica
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Problema
R(T)=Ro(1+T)
Ro=100
=4·10-3(ºC)-1
T en ºC
R3=1k
R4=500
TREF=25ºC
UBAT=5V
R=200
R1=200
R2=2000
Ucc=±15V
Figura 2
Figura 1
Se quiere medir la temperatura en un proceso industrial utilizando una RTD. Esta se sitúa
en el interior del horno y se coloca otra a una temperatura constante TREF de 25ºC.
Se propone el circuito de la figura 1 para realizar la medida:
a)) Calcule
C l l lla relación
l ió entre
t u1 y T (temperatura
(t
t
a medir).
di )
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 u2 con la
temperatura y comente el funcionamiento del sistema suponiendo que la refrigeración se conecta
cuando u2 = -15V.
Fundamentos de Electrónica: Analógica
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