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INTRODUCCIÓN A LOS
AMPLIFICADORES
OPERACIONALES
CARACTERÍSTICAS Y
APLICACIONES.
1
George A. Philbrick Researches 1952
A tubos, fuentes  300 Volt
http://www.philbrickarchive.org/
2
7 cm
Philbrick 45. 1963
A transistores fuentes  15 Volt:
Componentes discretos sobre un circuito impreso.
3
2.5 cm
1.5 cm
Philbrick PP65 1962
Transistores y resistencias discretos
encapsulados.
Primer amplificador “componente”
Analog Devices HOS-50
Híbrido 1977.
4
0.8 cm
0.1 inch
Amplificadores Operacionales Monolíticos. Paquete DIP
Amplificadores operacionales surface mounted devices
6
http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/39-05/op_amp_applications_handbook.html
Símbolo del amplificador operacional
Fuente positiva
Entrada no inversora
+
Salida
Entrada inversora
-
Fuente negativa
7
8
Vista desde arriba
9
Vista desde arriba
10
Características importantes del amplificador
Nuestro amplificador
Amplificador ideal
Ganancia = 200

Resistencia salida = 0.35 
0
Corriente de entrada = 9 nA
0
Error voltaje de salida = 28mV
0
11
Construcción de un vóltmetro
V0  AV  V 
V0  V
V0  AV  V0 
V0  A  1  AV
Para A >>1
V0  V
V V
El circuito tiene ganancia 1
Se cumple para circuitos con
realimentación negativa
12
¿Cuánta es la ganancia de este amplificador?
V0  V
V V
El circuito tiene ganancia 1
Se cumple para circuitos con
realimentación negativa
Ganancia del amplificador = 1V/1V = 106
13
Medida sin usar amplificador
i
Electrodo
V(voltmetro) = V1 – iR1
Sólo se mide el 50% del voltaje del electrodo porque i es muy
14
grande.
Medida usando amplificador
i=0
Electrodo
V(voltmetro) = V1 – iR1
Se mide el 100% del voltaje del electrodo porque i es muy chica.
La corriente es cero para cualquier voltaje, la resistencia es infinita.
Este circuito constituye un vóltmetro ideal.
15
Construcción de un ampérmetro
16
Conversor de corriente a voltaje.
i
i
+
V- = V+ = 0
i = (0-Vo) /R1
Vo=-iR1
Vo = -10-9 A 109 Ohms = -1 Volt
La diferencia de potencial entre el nodo 2 y tierra es cero
para cualquier corriente. La resistencia interna es cero.
Este circuito constituye un ampérmetro ideal.
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Amplificador inversor de signo.
i
i
V  V  0
V1  0 0  V0
i

R2
R1
R1
V0  V1
R2
18
Sumador.
V1
V2
R1
i1
R2
i2
Para R1 = R2 = R3
V0  V1  V2 
R3
i3
i1  i2  i3
V0
V1 V2


R1 R2
R3
 V1 V2 
V0   R3   
 R1 R2 
19
Integrador.
i
i
V  V  0
dV0
V1  0
i
 0  C1
R1
dt
t
1 t
V1dt  C1  dV0

0
R1 0
1 t
V0(t )  
V1dt

R1C1 0
20
21
Diferenciador.
i
i
V  V  0
dV1 0  V0
i  C1

dt
R1
dV1
V0   R1C1
dt
22
23
Amplificador logarítmico.
24
E de los electrones
0
E de los huecos
i  ge
V / k
25
0.1
0.09
0.08
corriente
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Voltaje, volt
0
Log(corriente)
-2
-4
-6
-8
-10
-12
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Voltaje, volt
0.6
0.7
0.8
26
Amplificador logarítmico.
V  V  0
V1
i
 ge V0 / k
R1
V1
V0  k ln
 Cte
R1
27
28
Amplificador logarítmico.
-0.5
V0
-0.55
-0.6
-0.65
-0.7
-0.75
-0.8
0.1
1
10
100
Log(V1)
29
i
V  V  V1
V0
V1
i

R2 R1  R2
R1  R2
V0  V1
R2
i
¿Qué pasará si pongo un condensador entre R2 y tierra? ZC=-j/C
¿Qué pasará si pongo un inductor entre R2 y tierra? ZL=jL
30
Voltaje alterno : M cos  t 
cos     cos( ) cos(  )  sen( )sen( )
M cost     A cost   Bsen t 
A  ?M cos 
A  B  ?M
2
2
B  ?Msen 
B
 ?tan(  )
A
Representación en números complejos: a
+ jb
j  1
a, la parte real, representa el coeficiente de la onda coseno.
b, la parte imaginaria, representa a menos el coeficiente de la
onda seno
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Combinación RC en serie:
i(t )  i0 cos t
R1
C1
I  i0 (1  0 j )
V  IZ R  ZC 
j 

V  i0  R 

C 

i0
V  i0 R 
j
C
i0
V t   i0 R cos t 
sin t
C

  1 
2
2
V t   i0 R  X C cos t  arctan 

 RC 

Vrms
2
2
irms 
Vrms  irms R  X C
R 2  X C2
Combinación RL en serie: Vrms  irms R 2  X L2
32
Vrms,out
R1= 9 kohm
R2 = 1 kohm
C1 = 1 F
R1  R2 
2
X
Vrms,out  Vrms,in
2
C

Vrms,in
R2  X C2
2
R1  R2 2  X C2
R2  X C2
2
33
Vrms,out
R1= 9 kohm
R2 = 1 kohm
L1 = 1 H
R1  R2 
2
X
Vrms,out  Vrms,in
2
L

Vrms,in
R2  X L2
2
R1  R2 2  X L2
R2  X L2
2
34
V1
iR 4  iR 3 
R3  R4
R3
V  V  V1
R3  R4
V  iR 3 R3
V1 R3
V 
R3  R4
35
R3
V  V  V1
R3  R4
iR 2
R3
V2  V1
R3  R4

R2
R3
V1
 V0
R3  R4
iR1 
R1
36
R3
R3
V2  V1
V1
 V0
R3  R4
R3  R4

R2
R1
Para R1 = R2 = R3 = R4
V2  0.5V1  0.5V1  V0
V0  V1  V2
37
Amplificador de instrumentación
38
Amplificador de instrumentación
i
i
i
VU 3  VU 3  V2
VU 4  VU 4  V1
V2  V1
i
R6
Va  Vb
i
R5  R6  R7
R5  R6  R7
Va  Vb  V2  V1 
R6
Para R5 = R7
2 R5  R6
Va  Vb  V2  V1 
R6
Para R6 = R5 = R7
Va  Vb  3V2  V1 
39
Amplificador de instrumentación
40
Amplificadores reales
¿Cuánto es el factor de amplificación del
amplificador operacional 741?
10
A
0.68 10 3
A  14706
Amplificadores reales
¿Cuánta corriente toman las entradas del
amplificador operacional 741?
Input bias current 54 nA
Amplificadores reales.
¿Ancho de banda del
amplificador operacional 741?
AC analysis.
Input: Barrido de frecuencia del voltaje alterno Vin,
Output: Amplitud y fase de la salida del amplificador
¿Respuesta de frecuencia del amplificador
operacional 741?
GBWP = 1106 = 106
Funciona como un filtro RC con ganancia -3dB a 1MHz.
Amplificadores reales.
¿Ancho de banda del
amplificador operacional 741?
45
Amplificador es reales.
¿Ancho de banda del
amplificador operacional 741?
GBWP = 10105 = 106
46
Amplificadores reales.
¿Ancho de banda del
amplificador operacional 741?
47
Amplificadores reales.
¿Ancho de banda del
amplificador operacional 741?
GBWP = 100104 = 106
48