A continuaci6n veremos en que consiste la funcionde cada terminal del amplificador operacional para damos una idea de las limitaciones de unamplific'ador real. Observe que 'la. La terminal comun de lafuente puede estar 0 no conectada a tie:ttatfiediante eitercer alambre del cable' de hi linea. Sin embargovse ha vuelto frecuente la practica de -mostrar el cOlnuli de la alimentaci6n coJn' un sfmbblb detierta en el diagrama.
Pi6n y por los transistores de salida. Mo:res necesjtan cere a deI a2 V del colector al emisor para asegurarse de que actuen. Por 10 tanto, la salida en la terminal puedeJlegar hasta 1 V abajqde. Ambos lfmites de corriente y voltaje determinan un valor minima en la resistencia de carga RL de 2 kn.
La mayor parte de los amplificadores operacionales, entre los cuales esta el , tienen circuitos internos que automaticamente limitan la corriente de la terminal de salida. Aun cuando se produjese un cortocircuito en Rv Ia corriente de salida estarfa limitada a unos 25 rnA, segun se indica en el apendice 1.
EstacaracteosPCllimpide la destruccion del amplificador operacional en caso de producirse un cortocircuito,. Es mas, incluso la polaridad de la terminal de salida es opuesta 0 inversa respecto a la polaridad de la terminal de entrada -. Es importante hacer ver que la polaridadde Vo depende de ladiferencia de voltaje entre las entradas inversora y no inversora, Tal diferenciade velteje'puede'encontrarse mediante la relaci6n. Ambos voltajes de entrada se midencon respecto a tierra.
Esta ecuaci6n es valida si Ia entrada inversora esta puesta a tierra, si la entrada no inversora se encuentra tambien puesta a tierra, e inclusive si ambas entradas esbiri por encima 0 por debajo del potencial tierra. Las terminales de entrada de los amplificadoresoperacionalesconsumen corrientes muy pequefias de polarizaci6n y de senal para activar a los transistores internos. Las terminales de.
En el capitulo 9 se explican, con mayor detalle, los efectos de Vio' Es necesario aprender mucho mas sobre la operaci6n de los circuitos del amplificador operacional, en particularlo que se refiere a la retroalimentaci6n negativa, para poder medir las corrientes de polarizaci6n y el voltaje de desvfo. Por ello, en estoscapftulos de introducci6n se supondra que ambos no son tan importantes. El voltaje de salida Vo estara determinado por Ed y por la ganancia de voltaje en lazo abierto, AOL- AOL se conoce como ganancia de voltaje en lazo abierto porque las posibles conexiones de retroalimentaci6n desde la terminal de salida a las terminales de entrada se han dejado abiertas.
En consecuencia, Vo se puede expresar de manera ideal mediante la siguiente relaci6n: voltaje de salida. Recuerde 10 men cion ado en la secci6n La conclusion anterior se puede deducir mediante la ecuaci6n En el taller 0 Iaboratorioesdiffcil rnedir 65 jl. V a consecuencia del ruido inducido, del "zumbido" de 60 Hz y de las corrientes de fuga del aparato de medici6n; aun asf es bastante factible que se genere un milivolt 1, jl.
Ademas, es diffcil e inconveniente medir ganancias muy altas. Este desvio de voltaje se mencion6en la secci6n No hay raz6npara preocuparse, ya que tal com-. Ni 'es necesarW saber mlis acerca 'del amplificador operaciollal ptrra entender una de sus aplicacionesMsicascomo eomparador-En una aplicacion de esta naturaleza, el amplificador-opeeacional no actt1a como-arnplifioadorsino comoun dispositivoque indica cuando unvoltaje deseonocidose encuentra pordebajo,por enclma o at' mismo nivel que el voltaje de referenda.
Antos deanalizar al eomparador, enla. Soluci6n La. Cuando E, es mayor que Vref, Vo. Por 10 tanto,el signo de Ed enla. En consecuencia, Vo es positivo deacuerdo con la ecuacion Si se aplica. La polaridad de Vo indica si E, esta arriba 0 abajo de V ref' La transicion de Vo sefiala cudndo E, cruza la referencia y..
El circuito de la figura a es, pues, un detector no inversor por cruce de cero. Estecircuito es un detector inversor de cruce por cero. Las formas de onda de Vo en. Si E; esta por encima de V ref' Vo es igual a - V. Esto quiere decir que el arnplificador operacional esta conectado como un comparador para registrar el voltaje positivo. Su operacion se indica mediante las formas de onda de la figura a. Cuando E; esta por debajo de V ref' Vo es igual a - Vsat.
Si E; se aplica a la entrada inversora como en la figura b , el circuito es un detector inversor de nivel positivo. Su operaci6n puede resurnirse en la siguiente afirmaci6n: cuando E;es mayor que V ref' Vo es igual a - V sat. Esta accion del circuito se ve con mas claridad si se observa la grafica de E; y V ref en funci6n del tiempo, en la figura b. El circuito de la figura b es un detector inversor de nivel negative. Existen circuitos integrados que proporcionan referencias de voltaje muy precisas.
Tales circuitos para voltajes de referencia se explicaran en la secci6n siguiente. En esta, una red diviso-. Si la senal E;. S1 se'quita Ia conexi6n - Ven la par. O y se sustituye portierra, se tiene entonces un divisor de mAy el VreLsepuede ajus,tar de 5 a 1,0V. Se escoge un potenci6metro de 10 ill, una resistencia de 5 kn. I ogmy: Nota: esc? Gracias a estos trucos del disefiador del circuito es posible hacerdisenosnipidqspara voltajes de referencia.
Vo en funci6n de E; -Vsa ,l Una aplicacion practica en la que se utiliza un detector de. La fuente de sefialEj. EI procedimientopara, activar el interruptor de sonido es:. Nota: cuaiquier fluctuacion en la fuente de aiimentaci6n producira carnbios en Vre6 de aqui la necesidad de utilizar en un sistema un voltaje muy estable 0 preciso. FIGURA Un interruptoractivado por sonido se construye conectando la salida de un detector de nivel de voltaje no inversor a un circuito de alarma.
Abra el interruptor de reinicio Para apagar el SCR y la alanna. Cualquier seiial de ruido generara entonces un voltaje de ca y el micr6fono 10 captara como entrada. El diodo conduce luego un pulso de corriente pr6ximo a 1 rnA, ala compuerta G del rectificador control ado de silicio SCR. Normalmente, las terminales A, el anode del SCR y el catodo, K, funcionan como interruptores abiertos.
Sin embargo,' el pulso de corriente en la compuerta propicia que el SCR se encienda y, entonces, las terrninales del anode y del catodo actuen comointerruptores cerrados.
La alanna, audible 0 visual, se activa y pennanece encendida, porque una vez queha encendido el SCR; continua asf hasta que el circuito de anodo-catodo se abra, El circuito dela figura puede modificarse para fotografiarcualquier evento de alta velocidad; por ejemplo, una bala que penetra en un bulbo de vidrio.
Algunas camaras tienen contactos mecanicos de interruptor que cierran para activar una lampara estrobosc6pica. Para construir este circuito activado por sonido, hay que quitar la alanna y conectar las tenninales de anode y catodo en las entradas de la lampara estrobosc6pica en lugar del interruptor de la camara. Se apagan las luces de la habitaci6n, se abre el obturador de la camara y se dispara el rifle al bulbo de vidrio. EI sonido del rifle activara al interrupror.
La lampara estrobosc6pica hara el trabajo de detener en forma aparente la bala en aire. Se cierra el obturador. En la fotograffa, la posici6n de la bala en relaci6n con el bulbo se puede ajustar experimentalmente, acercando 0 alejando el micr6fono del rifle. El voltimetro de columna lurninosa muestra una columna de luz cuya altura es proporcional al voltaje. Los fabric antes de equipo para audio y de aplicaciones medicas pueden reemplazar los tableros de los medidores anal6gicos con voltfmetros graficosluminosos debido a que es facil leer estes a distancia.
Mediante el circuito de fa figura se construye un voltimetro grafico luminoso. Se definen diez voltajes de referencia separados a intervalos de 1 V cada uno, empezando por 1 V Y terminando en 10 V. Al aumentar E; basta que alcanza un valor entre 1 y 2 V, s la salida del amplificador 1 se vuelve positiva y enciende al LED I.
Los voltajes de referencia de cada amplificador operacional se encuentran a I V de diferencia. Los amplificadores operacionales son miniDIPS de 8 terminales.
Capitulo 2 que Ia corriente de salida, del amplificador queda automaticamente limitada a su valor de cortocircuito que. Este circuito tarnbi. La lampara y la celda fotoconductora se montan en una camara cerrada a la que puede entrar humo, pero no luz del exterior.
El fotoconductor es una resistencia sensible a la luz. Cuando no hay humo, es muy poca la luz que incide en el fotoconductor y su resistencia permanece en cierto valor alto, en forma tradicional, varios cientos de kiloohms. El control de sensibilidad de 10 ill se.
La luz reflejada por las partfculas de hump hace que suene la alarma. Si entra humo a la camara, este provocara que la luz se refleje en las partfculas de humo e incida en el fotoconductor, Esta, a su vez, ocasiona que la resistencia del fotoconductor disminuya y se eleve el voltaje por RI.
El circuito de alarma de la figura no incluye un rectificador controlado por silicio. De esta manera, cuando las partfculas de humo abandonan la camara, la resistencia del fotoconductor aumenta y la alarma se desactiva.
Si se desea que esta permanezca activada, seempleael circuitode alarma del SCR que se aprecia en la figura Es necesario montar la Iampara y la fotorresistenciaen una caja negra y plana, a prueba de luz, en la que pueda penetrar el humo.
La luz amblental impide un correcto funcionarniento. La red resistiva a la entrada del arnplificador operacional forma un puente. Primeras experiencias con un amplificador operacional Wheatstone. Este circuito puede utilizarsetambien polvo en un ambiente de sala limpia. Cualquier f1uctuaci6n que se produzca en la s conexi6n es de referencia de los dispositivos de conversion trae consigo inexactitudes en la conversion, Las f1uctuaciones en la entrada de referencia de un comparador podrian traer consigo la perdida de datos 0 el envio de datos err6neos a un sistema de c6mputo.
En el caso de las figuras y fue necesario contar con un voltaje de referencia, Vref, Y servirse de un circuito divisor de resistencias. Muchosde estos circuitos no son caros menos del equivalente a 1 dolar , permiten contar con una salida de voltaje con stante, independiente de la temperatura y se pueden operar con un amplio range ,de voltajes de alimentaci6n.
Las variaciones de los voltajes de alimentaci6n no afectan a sus voltajes de referencia. En algunos de estos chips se utiliza el principio del diodo de separaci6n de banda a fin.
Despues de este voltajemdependiente de la temperatura. Nosotros utilizaremos el circuito integrado REF, eleual nos servira como introducci6n a los dispositivos de voltaje de referencia de precisi6n. El potenci6metro de 10 kQ permite el ajuste del voltaje de salida real entre 4. Por 10 tanto, en el caso de un convertidor AID de 8 bits, el voltaje de referenciase definirfa en 5.
La resoluci6n de los convertidores AID se tratara con mayor detalle en el capitulo EI REF puede funcionar con un voltaje de alimentaci6n que puede ir de 7 a 40 V, esta caracterfstica 10 hace un dispositivo de referencia de voltaje ideal para una amplia variedad de aplicaciones.
En la figura b y c se muestran dos tipos de encapsulado comunes. En la figura 2. En este circuito no se uti-. En esta aplicaci6n el Vref del comparador debe estar dentro. Si en el disefio que usted realiza es necesaria una tolerancia mas estrecha de Vref' utilice el circuito de ajuste de salida que se muestra en la fi:gura a.
Si su aplicaci6n requiere de un voltaje de referencia estable a la vez que variable, comprendido entre 0 a 5. Nota: el potenci6metro de 5 ill de esta figura nos permite variar el Vref para el comparador. Este potenci6metro no se emplea para ajustar el voltaje de salida del REF, sino para la referencia que entra al comparador, a fin de poder variar el Vref entre 0 y 5.
El circuito de la figura a Ie puede servir si 10 que necesita es definir el voltaje de salida maximo de REF02 entre 5.
Estas aplicaciones del comparador en lazo abierto 0 detector de nivel de voltaje se ofrecen con el prop6sito de mostrar 10 facil que es utilizer los amplificadores operacionales. El detector de cruce por cero de la figura convertira la salida de un generador de onda senoidal, como en el caso de un oscilador de audio de frecuencia variable, en una onda cuadrada de frecuencia tambien variable. Si E, es una onda senoidal, triangular 0 de cualquier otra forma que sea simetrica respecto acero, la salida del detector de cruce por cero sera cuadrada.
La frecuencia de Ei tiene que ser inferior a Hz, la raz6n de ella se explica en el capitulo Por ejemplo, la temperatura ambiente, 0 la de un gran baiio acido.
Mediante un transductor es posible convertir los cambiosde temperatura en cambios deresistencia 0 de corriente. En los capitulos 5 y 8 se ilustrara c6mo convertir facilmente dichas modificaciones en cambiosde voltaje,utilizando para ella el amplificador operacional y algunos dispositivos.
La salida, Vtemp,puede servir como medida de la temperatura, 0 emplearse para control arla, Suponga tambien que es necesario enviar esta informaci6n a una computadora a fin de que esta monitoree, controle 0 modifique la temperatura de esa habitaci6n.
Cualquiera de estas posibiIidades podrfa realizarse por medio de un detector de nivel de voltaje. Para que se entienda c6mo es posible hacerlo, se explicara el modulador de ancho de pulso en lasecci6n Para estudiar su operaci6n analizaremos la funci6n que desempefia cada terminal. Bl maximo vcltaje. En la mayor parte de Iasaplicaciones. Por consiguiente, la terminal. La terminal de salida de cada amplificador. Cadacolector esta conectadoa lasrespectivas terminales de salida 2. Si se quiere que lasalida vayaal myel de voltaje alto euando el interrupter esta abierto, esnecesario colocar una resistencia de elevaci6nde voltaje pull.
Segun se muestra en la figura a , esta caracterfstica. Contiene cuatro comparadores de voltaje en un encapsulado doble en lfnea de 14 terminales. Las terminales de entrada son diferenciales, Por medio de la ecuacion se determina el signo de Ed' Si Ed es positiva; el interruptor de salida estara abierto, como en la figura a.
Si Ed es negativa, el interruptor de salida estara cerrado como en la figura b. A diferencia de muchos otros amplificadores operacionales, es posible llevar las terminales deentrada. Ahora, pues, ya contamos con suficiente informacion para analizar el modulador. Se Ie llama onda portadora. Vternp es un voltaje controlado portemperatura, -Su velocidad 0 rapidez decambio debe ser mucho menor que la de Ec.
En estecircuito, V temp es la sefial del transductor de temperatura y puede manejarse como un voltaje de referencia variable cuando la figura a se compara con.
Cuando Ed es positivo en a , Vo aumenta. Vo se determina de Ia fuente positiva extema, Ia resistencia Rp y cualquier resistencia de carga extema. Si Ed'es negativo como en bl. Ia salida disminuyehasta llegar casi al potencial de tierra.
Si Vtemp alcanza los 4 V, el tiempo en alto T H aumenta hasta 8 ms, como en el caso de la figura c. EI funcionamientodel circuito se resume por sus caracterfsticas de entrada y salida, en la figura d.
EI ancho de pulso de salida THse cambia modula mediante Vtemp' E; define el periodo constante de salida; Por ["0 tonto, E; lleva La informacion contenida en Vtemp" Se dice, pues, que Vo es una onda modulada por el ancho del pulso. La ecuaci6n de entradasalida es: salida TH. Conforme aumenta Vtempde a 5 V, el tiempo en alto del voltaje de salida Vo tambien aumenta de 0 a 10 ms.
EI circuito se denornina modulador no inversor de ancho de pulso. Encuentre: a el tiempo alto de salida; b el cicIo de trabajo. La pendiente de THen funci6n de Vtemp se eleva hacia la derecha y es positiva 0 no inversora. Se aplica Vtemp a la entrada -. Con forme crece Vtemp' disminuye TH. En la figura 1 se muestra lapendiente de TH en funci6n de Vtemp, la cual es negativa. El tiempo en alto de salida disminuye conforme V",",'paumenta en un modu-.
La ventaja de dicho circuito de interfaz anal6gico es que elimina la cafda de voltaje que se produce en el recorrido de varios cientos de metros. Asf, el modulador de ancho de pulso conecta una sefial anal6gica con un puerto de entrada de un microcontrolador vease la figura Primero, se convierte la temperatura anal6gica a voltaje. Un moduladorno inversor de ancho de pulso transforma esta entrada anal6gica en una salida de tipo digital, 10 que significa que su salida es alta 0 baja.
EI tiempo en alto es directamente proporcional a la temperatura. EI programador de la computadora en realidad realiza la conversion anal6gica a digital convirtiendo el tiempo alto en un c6digo digital.
Esto se logra ;en;tpleando un cicIo de temporizaci6n de 1 ms y contando cuantas veces se ejecuta el cicIo. Otro metodo, que es maseficaz, consiste en usar el contador interno con el.
La transici6n de 0 a 5 V de Vo se utiliza para arrancar el contador del microcontrolador y con la transici6n de 5 a 0 V se detiene el contador.
EI valor de ese conteo que se guarda automaticamente en uno de los registros internos del microcontrolador es directamente proporcional a la temperatura. EI paquete de evaluaci6n que se utiliza en este texto es la versi6n 6.
Este paquete le permitira someter a prueba las herramientas de que consta, an-. No obstante, se explican algunos de los pasosbasicos a 10 largo de este libro para que los usuarios que se sirvan de el por primera vezpuedan diseiiar y analizar sus circuitos.
PSpice es marca registrada de MicroSim Corporation. Varnosaanalizar el circuito detector de nivel positivo no inversor que se muestra en la figura a. Emplearemos como seiial de entrada una ondasenoidal pues resulta muy facilobtencrla en la lista de partes basicas.
Nota: la lista de partes no cuenta con una forma de ondatriangular aunque es posible crearla; se hablara, pues, alrespecto en un capitulo posterior.
De ser necesario, agrande el area de trabajo hasta que ocupe toda la ventana. El explorador de la lista de partes basicas 10 obtienehaciendo clic,en Draw dibujar de 'la Barra de Menu, luego haga clie en Get New PartJ? Si usted emplea la versi6n 6. Haga clic en Advanced »y el menu basico se ampliara basta incluir una ventana en la que se muestre la secci6n, antes de que usted la ponga en el area de trabajo.
Para obtener otras bibliotecas de partes, haga clic en eI bot6n Libraries bibliotecas. Si esta usando la versi6n 6. Teclee en la ventana la secci6n que le interese, si sabe cual es; 0 haga clic en Browse explorar y obtenga la biblioteca y el menu de la lista de partes.
Los lineamientos generales para crear y simular un circuito en PSpice son los siguientes: 1. Abrir una nueva area de trabajo. Luego, cerrar la lista de partes. Colocar las partes tal y como, aparecenen el diagrama del circuito. Conectar las partes.
Modificar el los valor es de los atributos de unapartescuando ella sea necesario. Inicializar los parametres de configuracion: Analysis ;: SetuP. Guardar el diagrama como archivo utilizando la extensi6n. Ahora vamos a disefiar el circuito del detector de nivel positivo no inversor de la figura a. Para ello se obtendran las siguientes partes y se colocaran en la secci6n que les co-. Weade trabajo. El trabajo se facilita si primero se reunen todas las partes de una vez y se colocanen la secci6n correspondiente del area de trabajo, luego se cierra la lista de,pliftes y posteriormente se colocan las partes tal y como aparecen en el diagrama de circuito.
En el.. En el caso de la versi6n 6. Nota: el modelo de amplificador operacionalde PSpice esta incluido en la lista de partescon la terminal inversora en la parte inferior del diagrama y la terminal no inversora en la superior del mismo. Por el momento aceptaremos ttabajar con esta orientaci6n.
Es posible cambiar las terminales si el amplificador operacional se gira dos veces y luego se inserta, Sin. Para conectar las partes. En la figura se muestra c6mo se conectan las partes. Alhacer doble clic, se resalta la parte 0 valor en color rojo y luego se abre un cuadro de atributos en el que usted introduce el nuevo valor.
De uno en uno, haga dos veces clic en 0 V y configure los voltajes de las fuentes de la manera siguiente:. Asimismo, la etiqueta del resistor Y su valorse modifican a Ri y. De uno. En el caso de este circuito, los valores correspondientes ala amplitud.
En esta aplicacion se desea obteneruna grafica de. Voen funci6n del tiempo, similar a la que se aprecia en la figura a. Para tal efecto, primeroes necesario sumar el valor de E; y de Vo a las terminales inversora y de salida del amplificador operacional, respectivamente. EI valor de Vref se muestra en el diagrama del circuito. Para este paso se hace 90S. En la figura se muestra un diagrama terminado y listo para su analisis.
Aparecera una x para indicar que ha side seleccionado. Despues, haga cIic en Transient y configure Print Step paso de impresi6n como 0. De esta manera Probe presentara dos ciclos completos de una onda senoidal de Hz. Capitulo 2 Guarde el archivousando. Aunque usted puede utilizar cualquier nombre de archivo, asegurese de emplear siempre Ia extensi6n.
Si hubiera errores de alambrado, aparecerfa una advertencia. En tal caso, haga cIic en OK y aparecera una lista de la ubicaci6n 0 ubicacionesdel error. Si no hay errores, el circuito ya estara listo para ejecutar el programa de simulaci6n. Aparece la ventana de la punta de prueba una pantalla negra. Luego, deberan aparecer las tres form as de onda como se aprecia en la figura Con ayuda del raton aiiada el extremo de la flecha en el punto de inicio y dibuje la flecha. Haga clic con el bot6n Izquierdo del rat6n para terminar y acabara de dibujar toda Ia flecha.
Los circuitos de este capitulo se pueden arrnar, probar y usar a manera de experimento de laboratorio. Sin embargo, es recomendable primero efectuar el experimento que se incluye en la figura LE Resulta evidenteque el voltaje diferencial de entrada, Ed' es igual a cero.
Los datos indicaran que una salida del puede elevarse aproximadamente a 0,8 V de :tV. No obstante, solo desciende unos 2 V por arriba de - V. Esto es algo que caracteriza a la mayor parte de los amplificadores operacionales de proposito general. Esta aparente violacion a las leyes de las matematicas es bastante normal.
Tiene su origen en una de las caracterfsticas de los amplificadores operacionales Hamada"voltaje de desvfo de entrada", la cual se explicara detenidamente en el capftulo 9. MediciOn de laboratorio de las formas de. Lo mas recomendable es eonectar el voltaje de entrada al canal A 0 mimero I del osciloscopio de rayos cat6dieos.
Vo se conecta al canal B. Utilice siempre acoplamiento en cd, pues de 10 contrario no sabra si la salida esta saturada. EI control de la base de tiempe del osciloscopio debe tener una posicion x-y para graficar el voltaje de salida en funci6n del voltaje de entrada. Conecte siempre la entrada. Esta es una reeomendablepractica de ingenierfa, Cuando uno ve Ia aparici61J de una curva caracterfstica, ya sabe c6mo conectar el osciloseopio para verificarla.
Tambien en este caso emplee el acoplamiento en cd para los amplificadores x y y pues de 10 eontrario tal vez visualice el funcionarniento de los' capacitores de acoplarniento de la entrada del oscilador y no pueda ver el funcionarniento del circuito. En el capitulo 4 se estudiaran algunas aplicaciones mas avanzadas del comparador, pero antes, en el capitulo 3. Verifique los resultados que obtenga con los que aparecen en la figura Lleve a cabo la simulaci6n y haga una grafica de los resultados.
Compare los resultados de la simulaci6n con los resultados reales obtenidos en ellaboratorio. Elabore el circuito de la figura LE con ayuda de PSpice. Ejecute el programa de simulacion, Compare los resultados practices obtenidos en elejercicio de laboratorio eon los resultados de la simulaci6n.
Que conclusiones pueden obtenerse acerca de los resultados de la simulaci6n comparados eon las mediciones de laboratorio? Elabore el circuito de la figura conayuda de PSpice. Fije el potenci6metro de 10 kO de rnanera que el divisor este en 6 k0l4 kO. Conecte un resistor de carga de 10 kO en la salida del amplificador operacional. Resuelva para VrefY haga un esbozo de la forma de la onda de salida. Guarde el archivo y ejecute Simulate; compare su soluci6n con los resultados de laboratorio.
Mencione las cinco terminales basicas de un amplificador operacional. Mencione al fabricante del amplificador operacional AD El amplificador operacional se fabrica en un encapsulado doble en lfnea de 8 terminates.
Unamplificador operacional esta conectado a una fuente dez; 15 V. CuaIes son los lfrnites de operaci6n de la terminal de salida en condiciones norm ales en relaci6n con: 8 el voltaje de salida; b la corriente de salida? Cuando la carga de la resistencia de un amplificador operacional provoca un cortocircuito, 8 i. Trace exactamente: a Vo en funci6n de t, y b en funci6n de E;. InteJ;'ca,mbie las conexiones de entrada a E; y a tierra de la figura P En los problemas y , i,cuM es el circuito detector inversor y no inversor de cruce por cero?
Necesita un detector no inversor del nivel de voltaje: a i,estara la. Suponga que el voltaje negativo de alimentaci6n es - 15 V,. Trace la gnifica de THen funci6n de Vcemp. Enla ':». Hacer disefios con amplificadores operacionales que s tienen una fuente. Construir un restador. Analizar circuitos amplificadores inversores y no inversores utilizando PSpice.
Un amplificador es un circuito que recibe una sefial en su entrada y produce una versi6n mas grande sin distorsi6n de la sefial recibida ,en su salida. Todos los circuitos de este capitulo tienen una caracterfstica en comun: una resistencia extema de alimentaci6n se conecta entre la terminal de salida y la terminal de entrada -. Estetipo de, circuito se conoce como circuito de retroalimentacion negativa. Con la retroalimentaci6n negativa se obtienen muchas ventajas, todas basadas en el hecho de que el desernpefio del circuito ya no depende de la ganancia de lazo abierto del amplificador operacional, AOL' Al agregar la resistencia de retroalimentaci6n se forma un circuito de la salida a la entrada -.
Observese que las resistencias externas adicionales no modifican la ganancia de lazo abierto AOLo esta sigue vanarido de un amplificador operacionala otro.
De modo que el hecho de aiiadirretroalimentaci6nnegativa permitira hacer caso omiso de los. Se trata de un amplificador cuya ganancia en lazo cerrado desde E; a Vo esta definida por Rf y R;.
Puede amplificar sefiales de ca 0 cd. Para entender su funcionamiento se parte de las dos premisas realistas de simplificacion que se propusieron en el capitulo 2. En la figura se aplica un voltaje positivo E; por rnedio de-la resistencia de entrada R; a la entrada Se da.
Por 10 tanto, la termi-. R, incluye la. Este punta se expone eon mds detalk en-la secci6n Toda la corriente de entrada I fluye por Rf, ya que U'ria cantidad despreciable es utilizada por la terminal de entrada -. Observe que la corriente que pasa por Rfesta definida por R, y por Ei, no por R" Vo 0 el amplificador opetacional. Como se muestra en la figura , un extrema de Rf y uno de la carga RL estan conectados. El voltaje de este.
Por 10 tanto Vo es igual a VRf el voltaje a traves de Rf. Por 10 tanto, Vo es negative cuando E, espositivo. Ahora, igualando Vo conVRf yagregando un signo negative para indicar que Vo se convierte ennegativo cuando E, se hare positivo se tiene 10 siguiente:.
Calculec a c ACL-. Con base en los valores del ejemplo y siendo RL 5. La direcci6n de la corriente se muestra en la tlgura EI valor maximo de 10 10 dofioolelamplificador tre 5 y lOrnA. En la figura , se muestra un voItaje negativo, Ej, aplicado a traves de R, a la entrada inversora.
T dos los. La unica diferencia entre las figuras y es la direcci6n de las corrientes. Ahora la salida del amplificador se hara positiva cuando se: vuelY,anegativo. Ejemplo Mediante los valores del ejemplo , calcule: a RL para una. En la secci6n aparece el modelo PSpice correspondiente as!
Para el medio cicIo negativo, el voltaje, las polaridades y las direcciones de corriente son las mismas que en la figura La forma de onda de la salida es la negativa 0 o'fuera de fase de la onda de entrada, como se muestra.
Esto es,cuando Eies posifivo, Vo es negative, y viceversa. Las gnificas en funci6n del. Ejemplo Si el voltaje de entrada del ejemplo es de - 5 V, calcule el veltaje de salida. Observe en la figura b y c e1tieIilpo O. La frecuencia de las. Para esta, se utiliza como sefial de entrada una onda senoidal pico de 5 V, con una frecuencia de Hz. La resistencia de entrada, Rent'debera ser igual yor que 10 ill. Procedimiento para eI diseiio 1. Elija eltipo de circuito mostrado en las figuras a Para este calculo utilice la magnitud de la ganancia.
El entrevistador tecnico Ie pide que analice el circuito. Usted reconoce que se trata de un circuito de un arnplificador inversor. Haga 10 siguiente: 1. Observe laRj. Expresado en forma matematica:. Expresado en forma matematica:'. Dado que la entrada - tiene una corriente minima, I" 12, e 13fluyen por Rt.
Esdecir, la su-l rna de las corrientes de entrada fluye a traves de R, y produce una cafda de v61Uljelgual aVo. Ejemplo Si se invierte la polaridad de E3 en la figura , pero los valores siguen siendo los mismos del ejemplo , calcule yo.
Soluci6nCon base en la ecuaci6n , Vo. Si s se necesitan dos sefiales de entrada E1 y E2, se reemplaza E3 con un cortocircuito a tierra. Si fuese. La ecuaci6n se puede modificar para incluir cualquier cantidad de voltajes de entrada.
Por 10 tanto, las corrientes de entrada y, por ello, los voltajes de entrada E1, E2 Y E3, no se intercalan. Esta caracterfstica es deseable en especial en un mezclador de audio; por ejemplo, al reemplazar E1, E2 Y E3 por microfonos. Los voltajes deca de cada micr6fono se suman 0 mezclan a cada instante.
Entonces, si un microfono esta induciendo musica de guitarra, no es eliminado por un segundo micr6fono que este frente al cantante. Si se instala un control de volumen de ko' entre cada micr6fono y la resistencia de entrada respectiva, es posible ajustar y sumar los volumenes relativos.
Un cantante con voz debil se escuchara por encima de una guitarra de tono intenso. Suponga que hay quetransmitir una sefial de audio por un diedo emisor de luz infrarroja IRED 0, sencillamente, a traves de un diodoemisor deluz. Ante todo, es necesario polarizar el diodo con una corriente directa. Despues se sobrepone la serial de audio como ca que modula la cd. EI resultado sera una luz 0 haz infrarrojo cuya intensidad cambia directamente con la sefial de audio.
Este principio se explicara mediante un ejemplo. Ejemplo Disefie un circuito mediante el cual usted pueda sumar un voltajede cd a una onda triangular. Soluci6n Elija un circuito sumador de dos canales como en el caso de la figura a. Sf ,EJtj, es positivo, el valor pmmedio, cd. An6lisis del clrculto. La flexibilidad del circuito sumador Ie dara oportunidad ademas de igualar las amplitudesde las sefiales en su salida.
La ganancia de voltaje inversor de cada canal dePe,ndede los valores. Lascorrientes de entrada II' 1'J. La ecuaci6n 3-? Las ganancias de cada canal seran: Numero de canal Ganancia de voltaje I. Procedimiento de diseiio 1. Utilice como resistencia de entrada del canal con la ganancia Defina R 1 :;: 10 ill, dado que ACL1 es 10 mayor.
Calcule el valor de la resistencia de retroalimentaci6n,.. Calcule el valor de las resistencias de entrada restantes a partir deIa ecuaci6n b ; el resultado obtenido es R2 :;: 20 ill Y R3 :;: 50 ill. Primero hay que construir tres convertidores de temperatura a voltaje se mostrara c6mo hacerlo en la seccion Luego, sus salidas se conectan a un amplificador prome-. Este produce un voltaje de salida equivalente al promedio de todos los voltajes de entrada.
Si hay tres voltajes de entrada, el promediador los samara y dividira el resultado entre 3. El promediador presenta el mismo arreglo de circuito que el sumador inversor de la figura , 0 del sumador inversor de la figura La diferencia esta en que las resistencias de entrada se disefian de modo que sean iguales a algun valor adecuado de R y la resistencia de retroalimentaci6n se hace igual a R dividida entre elrnimero de entradas, Dejemos que n sea igual al nnmero de entradas.
Hasta ahora hemos puesto la atenci6n en amplificadores cuyas sejiales de entrada se aplican a traves de R, a laentrada inversora del amplificador operacional.
Por 10 tanto, como el nombre del circuito 10 indica, el voltaje de salida sigue al voltaje de entrada 0 de fuente. La ganancia del voltaje es 1 0 la unidadj. Amplificadores inversores y no inversores Este circuito todavfa es un arnplificador conretroalimentaci6n negativa dado que existe una conexi6n entre la salida y la entrada -. Hay que tener presente que la retroalimentaci6n negativa fuerza a Ed a que sea 0 V. Tambien 1"'"0 puesto que las terminales de entrada de los arnplificadores operacionales consumen una corriente despreciable;por 10 tanto,.
Si se invirtiera Ei, la polaridad de Vo Y la direccion de las corrientes se invertirian tambien, como se muestra en la figura b. Por que preocuparse por usar un arnplificador con una ganancia de I? La respuesta podra entenderse mejor si se com para al seguidor de voltaje con un amplificador inversor.
En esteejemplos. El seguidor de voltaic se utiliza debido a que su resistencia de entrada es alta varios megaohms. Por 10 tanto, extrae unlitcorrientedespreciable de la fuente de serial. La resistencia 'interna del generador es de 90 kO.
Dado que, por la terminal de entrada del arnplificador operacional fluye uI? El voItaje E, de la fuente de alimentaci6n es el voltaje de entrada al arnplificador yes igual a Egen. Ahora, consideraremos la misma fuente de serial conectada con un arnplificador inversor cuya ganancia es -1 [ver lafigura b ]. Como se indic6 en la secci6n Por 10 tanto, este 0. Si el amplificador inversor tiene una ganancia de s -1, el voltaje de salida es En conclusion, si una fuente de alta impedancia se conecta con un arnplificador inversor, la ganancia de voltaje Vo respecto a Egen no esta dada por Rf y R; como se indica en la ecuaci6n b.
La ganancia real debe incluir Rint de la siguiente manera:. Si es necesario arnplificar e invertir una sefial de un circuito de alta impedancia y no se quiere tomar corriente de la sefial, primero aisle la fuentecon un seguidor de voltaje.
Luego alimente la salida del seguidor a un inversor. Ahorase analizara un circuito que arnplifica y afsla, pero no invierte una fuente desefial: el arnplificador no inversor. La resistencia de entrada del amplificador inversor secci6n es R;, pero la resistencia de entrada del amplificador no inversor es. Por 10 tanto, E; aparece a,traves de R.
I' lo. La corriente de entrada en la terminal - del amplificador operacional es minima. Por 10 tanto, I fluye por Ryla cafda de voltaje a traves de Rf se representa por VRf y se expresa de la siguiente manera:.
El voltaje de salida Vo se encuentra mediante la suma de la cafda de voltaje a traves de s; la cuales E;. AJ ordenar la ecuaci6n a para expresar la ganancia de voltaje, se obtiene 10 siguiente: A CL-'.
La ecuaci6n b muestra que la ganancia de voltaje de un amplificador no inversor siempre es mayor que 1. La corriente de casga It. Ejemplo a Calcule la ganancia de voltaje del amplificador no inversor de la figura Si E; es una onda triangular de Hz con unpico de r2V,grafique: b Vo en funci6n de t; c Vo en funci6n de.
Estas son las formas de onda que se podrfan ver en un osciloscopio de doble trazo, acoplado a cd. Calcule RIa partir dela ecuaci6n b. Por definicion, el voltaje no varia independientemente de cuanta corriente se extraiga de la fuente.
Quizas usted ignore el hecho de que uno crea una fuente de voltaje perfecta al medir la respuesta en frecuencia de un amplificador 0 filtro.
Medir la salida Vo. Mantener Eent a 0. Se grafica Vo 0 VolEent en funci6n de lafrecuencia. Cuando se llega a las frecuencias mas altas Eent empieza a disminuir debido ala carga de la capacitancia de entradaj.
Hay que aumentar automatic amente el controldel volumen del generador de funciones para mantener Eent a un valor de 0. Por definici6n, se acaba de crear asi una fuente "ideal de voltaje". Este es un ejemplo de una fuente ideal de voltaje no reconocida como tal. Su tarea consistira ahora en hacer una. Con esta fuente de 7. Vmcae a5 Yen b cuando se conecta con un inversor.
Un seguidor de voltaje convierte el divisor de voltaje en una fuente de voltaje ideal en c. Para poder conservarel valor de un voltaje cualquiera de referencia, basta con aislarlo con un seguidor de voltaje.
El voltaje de referencia de 7. La salida del seguidor es igual a Vrcf' A la salida del seguidor se Ie puede extraer mas de 5mA sin que se produzca un cambio en el Vref. El aislador constituye un excelente espfa clandestino. Le permite a uno monitorear 10 que este sucediendo en cualquier punto del circuito. Explora Revistas.
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Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales. Coughlin 5ed. Buscar dentro del documento. Authorized translation from English Language edition published by Prentice Hal, nc.
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