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Una introducción a los amplificadores operacionales, enfocándose en la aplicación de comparadores de voltajes, amplificadores rail to rail y el concepto de corto circuito virtual. Se incluyen curvas de transferencia, ejemplos prácticos y explicaciones detalladas de cada tema. Además, se discute la ganancia de lazo cerrado y el seguidor de voltaje.
Tipo: Diapositivas
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Se tiene la primera conexión del amplificador operacional la cual se repite a continuación:
Por convención, todos los voltajes se miden con respecto a tierra a menos que se indique lo contrario:
+v2(t)
+VCC
-VCC
vo(t)
+v1(t) + - vi(t)
I
Av
Es decir, la salida es una función directa de la diferencia de los voltajes de entrada multiplicada por la ganancia del sistema. Dado que la ganancia de voltaje en módulo es infinita (ideal) o muy grande (real) el voltaje de salida estará restringido entre los voltajes de polarización (±VCC) dependiendo de la diferencia de los voltajes de entrada: Comparador de voltajes.
Supóngase un amplificador operacional con |Av| = 10^3 , v1(t) = 5V, v2(t) = 4V y VCC = ±15 voltios:
+v2(t)
+VCC
-VCC
vo(t)
+v1(t) + - vi(t)
I
Av
Los amplificadores operacionales convencionales, tales como el bien conocido 741, cuando trabajan en todo su rango dinámico de los voltajes de salida, no alcanzan los valores máximos correspondientes a la fuente de alimentación (±VCC). Los amplificadores operacionales deben aprovechar al máximo la fuente de polarización para realizar sus funciones de amplificación. Una topología de amplificador orientado a este reto se conoce como amplificador operacional rail to rail , capaz de manipular voltajes muy cercanos a las fuentes de alimentación, llegando a unas decenas de milivoltios de ellas, incrementando la eficiencia y el manejo lineal de la entrada contra la salida.
A pesar de que el proceso de comparación de voltajes es de mucha utilidad en los sistemas de control, sería una aplicación muy limitante a la hora de buscar otras aplicaciones, ya que para realizar la amplificación de voltajes, vi(t) tendría que ser muy pequeño para no saturar al amplificador:
Para el ejemplo anterior con |Av| = 10^3 y VCC = ±15 voltios:
Sea el siguiente ejemplo de lo útil que puede ser la comparación de voltajes en los sistemas de control, por ahora es un ejemplo sencillo: +VCC
+Vref
+VCC
-VCC
0
Q
0
D M
+VCC
Rvar
t
RTNTC
+Vx (^) vo(t)
Cuando existe conexión entre la salida y la entrada inversora se habla de realimentación negativa y la ganancia de voltaje resultante (Avf, ganancia de lazo cerrado) es mucho menor que la ganancia a lazo abierto (Av) :
vo(t) ≈ vs(t) obtenido con éste circuito es equivalente al amplificador de Colector Común con un transistor y se obtiene sin realizar mayores cálculos, sólo se requiere hacer las conexiones descritas en la figura y un pequeño gasto en el amplificador operacional, pero, justificable en el aspecto del ahorro de esfuerzo para lograr su funcionamiento. A éste circuito se le conoce como seguidor de voltaje y su principal tarea es acoplar la entrada con la salida.
vi(t)
I
I
+VCC
-VCC
vs(t)
0
vo(t)
Supóngase que un generador real con una resistencia interna elevada es conectado a una carga resistiva:
vi(t)
I
vs(t)
0
Rs>>>>>
RL
vo(t)
0
RL
vo(t)
0
+VCC
-VCC
vs(t)
0
Rs>>>>>
El circuito de la derecha suministrará un voltaje vo(t) ≈ vs(t) dependiendo de la impedancia interna (Zi) y la impedancia de salida (Zo) del amplificador operacional.
