Amplificador Operacional Como Comparador

  • View
    55

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Amplificador Operacional Como Comparador

Amplificador operacional como Comparador Comparador con amplificador operacional: Ganancia en lazo abiertoUnAmplificadorOperacionalpuede serutilizadoparadeterminar cual de dos seales en sus entradas es mayor. (se utiliza comocomparador).Bastacon que una de estas seales sea ligeramente mayorparaque cause que lasalidadel amplificadoroperacionalsea mxima, ya sea positiva (+Vsat) o negativa (-Vsat).Esto se debe a que eloperacionalse utiliza en lazo abierto (tiene ganancia mxima). La ganancia real de unamplificadoroperacionales de 200,000 o ms y la frmula de la seal desalidaes: Vout = AOL (V1 V2)Donde:- Vout = tensin desalida- AOL = ganancia deamplificador operacionalen lazo abierto (200,000 o ms)- V1 y V2 =tensionesde entrada (lasque secomparan)Vout no puede exceder la tensin de saturacin del amplificadoroperacional, sea esta saturacin negativa o positiva. (normalmente este valor esaproximadamenteunos 2voltiosmenorque el valor de lafuente( V+ V- )

Del grfico se ve que el valor de la entrada en V2 es mayor que la de V1 (que seutiliza como referencia y tiene un valor fijo), hasta que en un momento t1, V2 cambia y ahora esmenorque V1.Como V2 est conectado a la entrada noinversoradeloperacional, lasalida(Vout) est en saturacin positiva, hasta que llega a t1, en donde lasalidaahora est en saturacin negativa.El comparador no inversorEn este comparador la tensin de referencia se aplica a la entradainversora, y la seal a detectar ser aplicada a la entrada noinversora. La tensin de referencia puede ser positiva o negativa.- Si la seal a detectar tenga una tensinsuperiora la tensin de referencia, lasalidaser una tensin igual a +Vsat (tensin de saturacin positiva).- Si la seal de entrada tiene una tensin inferior a la seal de referencia, lasalidaser igual a -Vsat (tensin de saturacin negativa)El comparador inversorEn este comparador la tensin de referencia se aplica a la entrada noinversora, y la seal a detectar ser aplicada a la entradainversora. La tensin de referencia puede ser positiva o negativa.- Si la seal a detectar tenga una tensinsuperiora la tensin de referencia, lasalidaser una tensin igual a -Vsat (tensin de saturacin negativa).- Si la seal de entrada tiene una tensin inferior a la seal de referencia, lasalidaser igual a +Vsat (tensin de saturacin positiva)

Amplificador operacional Se trata de un dispositivo electrnico (normalmente se presenta comocircuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):Vout = G(V+ V)el ms conocido y comnmente aplicado es el UA741 o LM741.El primer amplificador operacional monoltico, que data de losaos 1960, fue el Fairchild A702 (1964), diseado porBob Widlar. Le sigui el Fairchild A709 (1965), tambin de Widlar, y que constituy un gran xito comercial. Ms tarde sera sustituido por el popular Fairchild A741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnologa bipolar.Originalmente los A.O. se empleaban paraoperaciones matemticas(suma,resta,multiplicacin,divisin,integracin,derivacin, etc.) encalculadoras analgicas. De ah su nombre.El A.O. ideal tiene unagananciainfinita, unaimpedanciade entrada infinita, unancho de bandatambin infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningnruido. Como la impedancia de entrada es infinita tambin se dice que lascorrientesde entrada son cero.

El smbolo de un amplificador es el mostrado en la siguiente figura:

Los terminales son: V+: entrada no inversora V-: entrada inversora VOUT: salida VS+: alimentacin positiva VS-: alimentacin negativaLos terminales de alimentacin pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O. basados enFETVDDy VSSrespectivamente. Para los basados enBJTson VCCy VEE.Habitualmente los pines de alimentacin son omitidos en los diagramas elctricos por claridad.

abla de Caractersticas Ideales y Reales[editar]

Circuito equivalente de un amplificador operacional.ParmetroValor idealValor real

Rin10 T

Rout0100

Bw1 MHz

G100.000

Ac0

Nota: Los valores reales dependen del modelo, estos valores son genricos y son una referencia. Si van a usarse amplificadores operacionales, es mejor consultar eldatasheeto caractersticas del fabricante.

Comportamiento en corriente continua (DC)[editar]Lazo abierto[editar]realimentacinla salida del A. O. ser la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000(que se considerar infinito en clculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las dos tensiones es de 1V la salida debera ser 100.000.000 V. Debido a la limitacin que supone no poder entregar mstensinde la que hay en la alimentacin, el A. O. estar saturado si se da este caso. Esto ser aprovechado para su uso en comparadores, como se ver ms adelante. Si la tensin ms alta es la aplicada a la patilla + (entrada no inversora) la salida ser VS+, mientras que si la tensin ms alta es la del pin - (entrada inversora) la salida ser la alimentacin VS-.Lazo cerrado o realimentado[editar]Se conoce como lazo cerrado a la realimentacin en un circuito. Aqu aparece una realimentacin negativa. Para conocer el funcionamiento de esta configuracin se parte de las tensiones en las dos entradas exactamente iguales, se supone que la tensin en la pata + sube y, por tanto, la tensin en la salida tambin se eleva. Como existe la realimentacin entre la salida y la pata -, la tensin en esta pata tambin se eleva, por tanto la diferencia entre las dos entradas se reduce, disminuyndose tambin la salida. Este proceso pronto se estabiliza, y se tiene que la salida es la necesaria para mantener las dos entradas, idealmente, con el mismo valor.Siempre que hay realimentacin negativa se aplican estas dos aproximaciones para analizar el circuito: V+= V-(lo que se conoce comoprincipio del cortocircuito virtual). I+= I-= 0Cuando se realimenta negativamente un amplificador operacional, al igual que con cualquier circuito amplificador, se mejoran algunas caractersticas del mismo como una mayorimpedanciaen la entrada y una menor impedancia en la salida. La mayor impedancia de entrada da lugar a que la corriente de entrada sea muy pequea y se reducen as los efectos de las perturbaciones en la seal de entrada. La menor impedancia de salida permite que el amplificador se comporte como unafuente elctricade mejores caractersticas. Adems, la seal de salida no depende de las variaciones en la ganancia del amplificador, que suele ser muy variable, sino que depende de la ganancia de la red de realimentacin, que puede ser mucho ms estable con un menor coste. Asimismo, lafrecuencia de cortesuperior es mayor al realimentar, aumentando elancho de banda.Asimismo, cuando se realiza realimentacin positiva (conectando la salida a la entrada no inversora a travs de un cuadripolo determinado) se buscan efectos muy distintos. El ms aplicado es obtener unosciladorpara generar seales oscilantes.Comportamiento en corriente alterna (AC)[editar]En principio la ganancia calculada para continua puede ser aplicada para alterna, pero a partir de ciertas frecuencias aparecen limitaciones. (Ver seccin delimitaciones)Anlisis[editar]Para analizar un circuito en el que haya A.O. puede usarse cualquier mtodo, pero uno habitual es:1. Comprobar si tiene realimentacin negativa2. Si tiene realimentacin negativa se pueden aplicar las reglas delapartado anterior3. Definir las corrientes en cada una de las ramas del circuito4. Aplicar elmtodo de los nodosen todos losnodosdel circuito excepto en los de salida de los amplificadores (porque en principio no se puede saber la corriente que sale de ellos)5. Aplicando las reglas del apartado 2 resolver las ecuaciones para despejar la tensin en los nodos donde no se conozca.Configuraciones[editar]Vase tambin:Anexo:Amplificadores operacionales con realimentacin negativaComparador[editar]Artculo principal:Comparador

Esta es una aplicacin sin la retroalimentacin. Compara entre las dos entradas y saca una salida en funcin de qu entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lgicos. Seguidor[editar] Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensin que a la entrada.

Se usa como unbuffer, para eliminarefectos de cargao para adaptar impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa) Como la tensin en las dos patillas de entradas es igual: Vout= Vin Zin= Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadsima, la de salida prcticamente nula, y puede ser til, por ejemplo, para poder leer la tensin de un sensor con una intensidad muy pequea que no afecte apenas a la medicin. De hecho, es un circuito muy recomendado para realizar medidas de tensin lo ms exactas posibles, pues al medir la tensin del sensor, la corriente pasa tanto por el sensor como por el voltmetro y la tensin a la entrada del voltmetro depender de la relacin entre la resistencia del voltmetro y la resistencia del resto del conjunto formado por sensor, cableado y conexiones.Por ejemplo, si la resistencia interna del voltmetro esRe(entrada del amplificador), la resistencia de la lnea de cableado esRly la resistencia interna del sensor esRg, entonces la relacin entre la tensin medida por el voltmetro (Ve) y la tensin generada por el sensor (Vg) ser la correspondiente a estedivisor de tensin:

Por ello, si la resistencia de entrada del amplificador es mucho mayor que la del resto del conjunto, la tensin a la entrada del amplificador ser prcticamente la misma que la generada por el sensor y se podr despreciar lacada de tensinen el sensor y el cableado.Adems, cuanto mayor sea la intensidad que circula por el sensor, mayor ser el calentamiento del sensor y del resto del circuito porefecto Joule, lo cual puede afectar a la relacin entre la tensin generada por el sensor y la magnitud medida.No inversor[editar]

Co

Search related