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Amplificadores operacionales

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Subido el 14 de abril de 2013 por Julio R.

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Introducción a los amplificadores operacionales. Circuitos básicos

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La mayoría de las prácticas realizadas con amplificadores operacionales requieren la siguiente instrumentación. 00:00:06
Una fuente de alimentación con doble polaridad o simétrica, por ejemplo, más menos 15 voltios. 00:00:14
Un generador de funciones con ondas cuadrada, senoidal y triangular. 00:00:20
Un osciloscopio de doble canal de entrada para visualizar dos ondas de tensión simultáneamente del mismo circuito. 00:00:26
Otro material que necesitaremos será una placa BOAR para el montaje de los circuitos a ensayar, 00:00:33
componentes electrónicos, resistencias, condensadores y circuitos integrados como los amplificadores operacionales, 00:00:40
cablecillos para la conexión de los componentes y puntas de prueba para la conexión de la instrumentación al circuito a ensayar. 00:00:48
El amplificador operacional es un amplificador con muy alta ganancia de voltaje en lazo abierto. 00:00:57
Dispone de dos entradas. 00:01:25
Una entrada se llama entrada no inversora, V+. 00:01:27
Al aplicar una tensión en esta entrada respecto a masa, hace que la tensión a la salida aparezca en fase respecto a la tensión de entrada V+. 00:01:30
La otra entrada se llama entrada inversora, V-. 00:01:40
Al aplicar una tensión en esta entrada respecto a masa, hace que la tensión a la salida aparezca desfasada 180 grados respecto a la tensión de la entrada V-. 00:01:44
El amplificador operacional tiene su fundamento en el amplificador diferencial, por eso su tensión de salida Vout es igual a la diferencia de las tensiones de entrada V+, menos V-, multiplicada por la ganancia de tensión en lazo abierto. 00:01:56
En el amplificador de tensión no inversor, la señal de entrada VIN se aplica a la entrada no inversora VMAS del amplificador. 00:02:12
Cuando un amplificador operacional utiliza realimentación negativa, se dice que trabaja en lazo cerrado. 00:02:29
Si observamos, en la tensión de salida VOUT, se observa que la ganancia de voltaje en lazo cerrado 00:02:37
ya no depende de la ganancia del operacional en lazo abierto 00:02:43
sino más bien de la realimentación del divisor de voltaje 00:02:46
Lo importante de esto es que la ganancia de tensión en lazo cerrado 00:02:50
se ha convertido en un valor estable, fijo 00:02:55
dependiendo sólo de los resistores R1 y R2 00:02:57
En esta práctica del amplificador no inversor 00:03:01
hemos utilizado el circuito integrado NUA741 00:03:11
una resistencia para la realimentación negativa de 10K 00:03:15
y otra resistencia de 4K7 desde la entrada inversora a masa. 00:03:19
La tensión de entrada VIN la introducimos con el generador de funciones. 00:03:24
La onda de tensión senoidal que aparece en la parte superior del orciloscopio 00:03:29
tiene una tensión pico a pico de 2 voltios y una frecuencia de 5000 Hz. 00:03:34
Como resultado de la amplificación con el circuito integrado 741 00:03:40
obtenemos una tensión de salida pico a pico de 6 voltios. 00:03:43
La frecuencia de salida es igual a la frecuencia de entrada y en fase con la frecuencia de entrada. 00:03:48
En otras palabras, con los componentes montados en el circuito hemos obtenido una ganancia de tensión en lazo cerrado de 3. 00:03:54
En la característica de transferencia de la tensión de salida en función de la tensión de entrada del amplificador de tensión no inversor, 00:04:10
se observa que la tensión de salida Vout está en fase con la tensión de entrada Vi. 00:04:18
La tensión de salida tiene sus límites con la tensión de saturación 00:04:24
Y la pendiente de la recta nos indica la ganancia de tensión en lazo cerrado 00:04:29
Por otra parte ya sabemos que la impedancia de entrada para la señal VIN es prácticamente infinita 00:04:35
Y por otra parte la impedancia de salida ZOUT suele ser de un valor muy bajo, alrededor de 100 ohmios 00:04:41
Un caso particular de este amplificador no inversor es cuando R2 es igual a 0 ohmios 00:04:48
y R1 infinito, que corresponde al siguiente montaje, donde la tensión de salida es igual 00:04:58
a la tensión de entrada, llamándose a este circuito seguidor de tensión, porque la tensión 00:05:04
de salida Vout sigue las variaciones de la entrada Vin. La característica principal 00:05:10
del seguidor de tensión es que tiene una impedancia de entrada prácticamente infinita 00:05:16
y la impedancia de salida muy pequeña. Podemos decir que este circuito aísla los elementos 00:05:20
conectados a su entrada de los elementos conectados a la salida, haciéndolos independientes. Por lo 00:05:26
tanto, este circuito se puede utilizar como acoplador en aplicaciones que requieren aislar 00:05:33
una fuente de señal de la carga RL. Amplificador con inversión. Este tipo de amplificador con 00:05:38
inversión se le denomina así porque la señal que sostiene a la salida Vout tiene polaridad 00:05:52
contraria a la de la entrada VIN. La señal de entrada VIN, como vemos en la siguiente figura, 00:05:58
hay que aplicarla al terminal inversor a través de R1. En la tensión de salida VOUT se observa 00:06:04
que la ganancia de tensión en lazo cerrado depende sólo de las resistencias R1 y R2, 00:06:12
siendo este valor fijo y estable. A la ecuación de la tensión de salida en función de la tensión 00:06:18
de entrada se la denomina característica de transferencia. En ella se observa. La pendiente 00:06:30
de la recta es la ganancia de tensión en lazo cerrado y es de signo negativo. Por eso la tensión 00:06:37
de salida es de signo contrario a la tensión de entrada. Los límites de la tensión de salida 00:06:43
están en la tensión de saturación. Circuito sumador inversor. Está basado en el circuito 00:06:50
amplificador inversor. Este circuito pretende sumar las tensiones de entrada y obtener el 00:07:06
resultado en la salida Vout. La tensión de salida Vout es la suma de las tensiones de 00:07:13
entrada amplificadas. El resultado de esta suma es invertido por el circuito. En el caso 00:07:20
particular de que todas las resistencias fueran iguales, se cumplirá que la tensión de salida 00:07:27
Vout es igual a la suma de todas las tensiones de entrada, ya que todas las entradas tendrían 00:07:34
ganancia unitaria. Circuito restador. Está basado en el circuito amplificador inversor. Con el 00:07:41
siguiente montaje, se pretende demostrar que la tensión de salida Vout es proporcional a la 00:08:02
diferencia de las tensiones de entrada V1-V2. En el caso particular de que las resistencias 00:08:09
R1 y R2 fueran iguales y R3 fuera igual a R4, se tendría como respuesta que la tensión 00:08:17
de salida sería igual a la diferencia de tensiones V1-V2 amplificado por el cociente 00:08:25
de R3 entre R1. Por otro lado, en el caso particular de que todas las resistencias fueran 00:08:33
iguales, la tensión de salida es igual a la diferencia de las tensiones de entrada 00:08:40
V1 menos V2. Comparadores de voltaje. Este circuito se emplea para comparar dos voltajes 00:08:46
aplicados en las entradas del operacional. El amplificador trabaja en lazo abierto o 00:08:59
con realimentación positiva. Esto quiere decir que la tensión de salida siempre estará en 00:09:05
saturación positiva o negativa, ya que la ganancia de tensión en lazo abierto, al ser superior a un 00:09:10
millón, se saturará a la más mínima diferencia entre las tensiones de entrada V más y V menos. 00:09:17
En el circuito de la figura hemos fijado la tensión de comparación a 3,72 voltios en la 00:09:25
entrada inversora V-. Bien, si la tensión de entrada VIN supera los 3,72 voltios, el resultado 00:09:31
será una tensión de salida igual a la tensión de saturación positiva. Si la tensión de entrada 00:09:40
VIN es inferior a 3,72 voltios, obtendremos una tensión de salida igual a la tensión de saturación 00:09:47
negativa. Circuito comparador, disparador Smith. Este circuito es un comparador denominado 00:09:56
disparador Smith porque tiene dos puntos de comparación. Este circuito evita que la tensión 00:10:15
de salida Vout oscile cuando la tensión de entrada Vin se encuentra justo sobre el punto 00:10:23
de comparación con una pequeña tensión de rizado. En el circuito de la figura, cuando 00:10:29
la tensión de salida es igual a V saturación positiva, se establece el punto de comparación 00:10:36
en más 0,25 voltios. Por lo contrario, si la tensión de salida es igual a la tensión 00:10:42
de saturación negativa, el nuevo punto de comparación toma un valor de menos 0,25 voltios 00:10:49
como se puede apreciar en los cálculos del dibujo. En la siguiente figura aparece la 00:10:55
característica de transferencia Vout en función de la tensión de entrada Vin. Se observa que si 00:11:09
la tensión de salida es igual a la tensión de saturación positiva, el punto de comparación es 00:11:17
mar 0,25 voltios. En cuanto la tensión de entrada Vin supera este valor, la tensión de salida cambia 00:11:22
a tensión de saturación negativa y el nuevo punto de comparación cambia a menor 0,25 voltios. Con 00:11:31
esto se evitan las oscilaciones de la tensión de salida cuando la tensión de entrada es igual a 0,25 00:11:39
voltios con algo de rizado. Como la tensión de comparación ha cambiado a menos 0,25 voltios, 00:11:47
ahora la tensión de entrada tendrá que disminuir hasta menos 0,25 voltios para que el comparador 00:11:55
bascule a la tensión de saturación positiva. 00:12:03
El siguiente circuito es un oscilador de relajación 00:12:15
debido a la carga y descarga de un condensador a través de una resistencia R. 00:12:18
El amplificador operacional funciona como comparador, 00:12:24
disparador Smith visto anteriormente, 00:12:28
y la tensión de salida Vout es una onda cuadrada. 00:12:30
En la siguiente figura aparecen las ondas de tensión de salida Vout 00:12:35
tensión en la entrada no inversora, V+, 00:12:55
donde se observan los puntos de comparación 00:12:59
y la tensión en el condensador o tensión en la entrada inversora. 00:13:01
Como se aprecia en la tensión del condensador, 00:13:08
el tiempo de carga y de descarga son iguales y de valor de medios, 00:13:11
ya que los puntos de comparación son simétricos. 00:13:16
Oscilador de onda cuadrada. 00:13:31
Este circuito nos genera una onda cuadrada a la salida. 00:13:33
Hemos utilizado dos resistencias, una de 1K y otra de 10K, para la realimentación positiva y la red RC está formada por una resistencia de 4K7 y un condensador de 22 nanofaradios. 00:13:37
En la pantalla del osciloscopio vemos que nos aparece la tensión de salida Vout, que es una onda cuadrada con una tensión pico a pico de 24 voltios y una frecuencia de alrededor de 500 Hz. 00:13:52
La tensión del condensador, que es una onda exponencial de carga y descarga del condensador desde la tensión de salida Vout a través del resistor 4K7 en serie con el condensador. 00:14:07
Valoración:
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Idioma/s:
es
Autor/es:
Julio Redondo
Subido por:
Julio R.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial
Visualizaciones:
429
Fecha:
14 de abril de 2013 - 13:09
Visibilidad:
Público
Centro:
IES ISAAC PERAL
Descripción ampliada:

Circuitos básicos con Amplificadores operacionales:

Amplificador en lazo abierto.

Amplificador no inversor.

Amplificador inversor.

Amplificador sumador.

Amplificador restador.

Comparadores. (Disparador Schmitt)

Oscilador de onda cuadrada.

 

Duración:
15′ 01″
Relación de aspecto:
4:3 Hasta 2009 fue el estándar utilizado en la televisión PAL; muchas pantallas de ordenador y televisores usan este estándar, erróneamente llamado cuadrado, cuando en la realidad es rectangular o wide.
Resolución:
640x480 píxeles
Tamaño:
115.93 MBytes

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