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electrónica aplicada amplificadores operacionales amplificadores operacionales descripción el amplificador operacional permite la realización de amplificadores comparadores operaciones matemáticas osciladores etc consta de una etapa diferencial de entrada con impedancia de entrada muy alta una etapa intermedia y un par complementario de salida con baja impedancia de salida este amplificador posee ganancia infinita a lazo abierto pero realimentando negativamente se logra controlar la ganancia etapa diferencial de entrada la señal se puede ingresar de modo común entre ayby masa o diferencial entre a y b en modo común no tenemos salida diferencial en modo diferencial si la relación entre la tensión entre los colectores y la aplicada entre las bases se denomina ganancia de tensión diferencial y la que aparece en colector con la de base se llama ganancia de modo común la relación entre ambas es la relación de rechazo de modo común rrmc db =20 log ac/ad recordemos que la fuente de corriente constante i0 es la suma de ic1 e ic2 offset es la tensión que tiene que tener la entrada teóricamente debería ser nula si todo estuviese apareadopara salida cero hay varias formas de corregirlo 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 1

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electrónica aplicada amplificadores operacionales etapa intermedia proporciona ganancia y adapta a salida simple el par complementario de salida funciona como un seguidor por emisor el punto de trabajo de q1 se elige para que sin señal la salida sea cero cuando en la entrada aparece una tensión positiva respecto de masa conduce el transistor q3 y la carga recibe una tensión negativa cuando la tensión es negativa conduce q2 y tenemos tensión positiva sobre rl montaje inversor se llama así este montaje porque la señal de salida es inversa de la de entrada en polaridad aunque puede ser mayor igual o menor dependiendo esto de la ganancia que le demos al amplificador en lazo cerrado la señal como vemos en la figura 20 se aplica al terminal inversor o negativo del amplificador y el positivo o no inversor se lleva a masa 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 2

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electrónica aplicada amplificadores operacionales la resistencia r2 que va desde la salida al terminal de entrada negativo se llama de realimentación resumiendo podemos decir que el amplificador está en lazo cerrado y que la realimentación es negativa en los montajes que estudiemos vamos a plantear solamente dos ecuaciones y serán válidas en todos los casos a la tensión del terminal inversor y la del no inversor serán iguales ya que la impedancia de entrada es muy alta y la corriente entre estos terminales la consideramos nula ex ey b al no haber paso de corriente entre los terminales de entrada toda la corriente que pasa por r1 será igual a la que pasa por r2 i1 i2 primera ecuación ex ey como el terminal no inversor está a masa se tiene ex ey 0 segunda ecuación i1 i2 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 3

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electrónica aplicada amplificadores operacionales i 1 e1 ex r1 i2 ex ­ e0 r2 igualando las dos corrientes y teniendo en cuenta la primera ecuación tendremos e1 ­ ex ex ­ e0 r1 r2 e1 e0 r1 r2 e0 r1 e1 r2 si r2 r1 e0 -e1 del resultado final sacaremos las conclusiones siguientes a la señal de salida es inversa de la de entrada c la ganancia es siempre la relación entre la resistencia de realimentación y la de entrada esto será común para todos los montajes pasaremos a ver un ejemplo práctico sin tener en cuenta las conexiones de alimentación y las de offset con un 741 en el cual queremos sacar 5 voltios a la salida con 100 milivoltios de entrada primeramente calculamos las resistencias sabiendo que la ganancia debe ser de 50 50 r2/r1 haremos r1de 1 k y con ello r2 deberá ser 5o k el montaje será el de la figura montaje separador buffer 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 4

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electrónica aplicada amplificadores operacionales el circuito de la figura es un separador cuya finalidad es la de aislar los elementos conectados a su entrada de los conectados a su salida haciéndolos completamente independientes se caracteriza por tener una alta impedancia de entrada y una baja de salida la tensión de salida e0 será de la misma polaridad que la de entrada e1 ya que se aplica al terminal no inversor como sabemos los voltajes en los terminales de entrada deberán ser iguales pero además vemos que e1 ey y e0 ex por lo que e0 e1 en este montaje como vemos en la fórmula final conseguimos que el voltaje de salida sea el mismo es decir ganancia 1 sin inversión de fase que el de entrada aunque con alta impedancia de entrada 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 5

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electrónica aplicada amplificadores operacionales montaje no inversor es muy parecido al separador aunque lleva una resistencia de realimentación y otra desde el terminal inversor a masa primera ecuación ex ey ex ey e1 segunda ecuación i1 i2 i1 ex ­ 0 r1 i2 e0 ­ ex r2 igualando las corrientes y teniendo en cuenta la primera ecuación será 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 6

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electrónica aplicada e0 ­ ex ex r2 r1 e0 ­e1 e1 r2 r1 e0 ­ e1 r1 e1 r2 e0 r1 e1 r2 r1 e0 e1 r2 r1 r1 amplificadores operacionales la tensión de salida será de la misma polaridad que la de entrada y la ganancia será el cociente de la suma de ambas resistencias y la resistencia de entrada si con un voltio de entrada quisiéramos sacar 4 voltios tendremos que hacer por ejemplo r 1 k y r2 3 k comparadores un comparador es un amplificador no realimentado que amplifica cualquier diferencia de tensión entre sus entradas la entrada inversora se le aplica una tensión de referencia y a la no inversora recibe la señal a comparar la salida pasa de saturación negativa a saturación positiva cuando la señal a comparar pasa por el valor de referencia no inviértela salida 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 7

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electrónica aplicada amplificadores operacionales invierte la salida 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 8

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electrónica aplicada amplificadores operacionales comparador con histéresis para evitar que un circuito comparador esté cambiando continuamente cuando está muy próximo al valor de referencia se le aplica realimentación positiva y se logra conmutar antes y después del valor de referencia v vs min vhisteresis s max r1 r1 r 2 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 9

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electrónica aplicada amplificadores operacionales circuitos sumadores sumador inversor circuito operacional con montaje sumador plantearemos como siempre las ecuaciones del lazo ex=ey=0 i1+i2=i3 calcularemos el valor de i1 i2 e i3 i1 e1 ex r1 i2 e2 ­ ex r2 i3 ex ­e0 r3 igualando y sustituyendo ex por su valor 0 e1 e2 e0 r1 r2 r3 e1 r2 e2 r1 e0 r1r2 r3 e1 r2 r3 e2 r1 r3 e0 r1 r2 -e0 e1 r2 r3 e2 r1 r3 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 10

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electrónica aplicada r1 r2 r1 r2 amplificadores operacionales -e0 e1 r2 r3 e2 r1 r3 r1 r2 r1 r2 -e0 e1 r3 e2 r3 r1 r2 como vemos la finalidad de este circuito es obtener una señal e0 de salida proporcional a la suma de las de entrada se introduce una inversión de fase de 180° de ahí el signo menos r3 es la ganancia particular del circuito si sólo existiera la entrada e1 r1 y r3 si sólo existiera la entrada e2 r2 si hacemos en este circuito que r3 r2 r1 nos quedaría e0 e1 e2 circuito sumador no inversor las ecuaciones del lazo que debemos plantear son las siguientes ex ey i1 i2 i3 i4 todas ellas salen debido a que entre la entrada inversora y no inversora del amplificador operacional no circula ninguna corriente de la segunda ecuación sacamos el valor de la tensión salida en función de la existente en la entrada inversora e0 ­ ey ey 0 r2 r1 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 11

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electrónica aplicada amplificadores operacionales e0 r1 ­ ey r1 ey r2 e0 ey r2 r1 r1 de la tercera ecuación sacamos el valor del voltaje en la entrada no inversora en función de los dos de entrada e1 ­ ex ex ­ e2 r3 r4 e1 r4 ex r4 ex r3 ­ e2 r3 e1 r4 e2 r3 ex r3 r4 ex e1 r4 e2 r3 r3 r4 teniendo en cuenta la primera ecuación ex ey sustituimos el valor obtenido de ex por el de ey e0 ey r2 r1 r1 e0 e1 r4 e2 r3 r2 r1 r3 r4 r1 este sería el valor del voltaje de salida en función de los dos de entrada pero como puede verse es bastante difícil de recordar con el fin de simplificar esta ecuación final vamos a hacer que la resistencia resultante de la paralela de r1 y r2 sea igual a la resultante de la paralela de r3 y r4 de esta igualdad vamos a despejar r3 r4 y a sustituirlo en la ecuación del voltaje de salida r1 r2 r3 r4 r1+r2 r3+r4 r3 r4 r1 r2 r3 r4 r1+r2 r3 r4 r3 r4 r1 +r2 r1 r2 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 12

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electrónica aplicada amplificadores operacionales vamos a sustituir este valor en e0 e0 e1 r4 e2 r3 r2 r1 r3 r4 r1 e0 e1 r4 e2 r3 r2 r1 r3 r4 r1+r2 r1 r1 r2 e0 e1r4+e2r3 r1 r2 r1+r2 r3r4r1+r2 r1 e0 e1 r4 r2 e2 r3 r2 r3 r4 r3 r4 e0 e1 r2 e2 r2 r3 r4 como vemos en esta última ecuación el voltaje de salida es igual a la suma de los de entrada y cada uno de ellos multiplicados por su ganancia correspondiente dichas ganancias son el cociente de la resistencia de realimentación por la de entrada circuitos restadores diferenciador o restador este montaje tiene como finalidad conseguir una tensión de salida e0 igual a la diferencia entre la que le aplicamos a la entrada no inversora e2 y el que aparece en la entrada inversora e1 multiplicada por una ganancia que depende de los valores de las resistencias de entrada y realimentación 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 13

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electrónica aplicada amplificadores operacionales en la práctica y para facilitar los cálculos se hacen iguales las resistencias de entrada r1 y la de realimentación con la resistencia que va a masa desde el terminal de entrada no inversor r2 primera ecuación ex ey en este caso ex no es como en los anteriores igual a ey 0 sino que su valor habrá de calcularse teniendo en cuenta el divisor de tensión ey i3 r2 e2 r2 r1 +r2 segunda ecuación i1 i2 i 1 e1 ex r1 i2 ex ­ e0 r2 igualando e1 ­ ex r1 ex ­ e0 r2 e1 r2 ­ ex r2 ex r1 ­ e0 r1 e0 r1 ex r1 r2 ­ e1 r2 sustituimos el valor de ex :ex=ey 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 14

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electrónica aplicada e0 r1 e2 r2 r1 r2 ­ e1 r2 r1 r2 amplificadores operacionales e0 r1 e2 r2 ­ e1 r2 e0 e2 e1 r2 r1 si hacemos r2 r1 tendremos e0 e2 ­ e1 demostramos aquí que el voltaje de salida es la diferencia entre el que aplicamos a la entrada no inversora y el de la entrada inversora la ganancia r2/r1 será según nuestras necesidades circuito restador teniendo en cuenta el rechazo en modo común los voltajes e1 y e2 que le aplicamos a un diferenciador suelen proceder de dos generadores los cuales llevan sus negativos unidos a masa acondicionamiento de tensión amplificador diferencial básico puede medir y también amplificar señales pequeñas 6° año eléctrica con orientación electrónica industrial 15

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