Temas complementarios de OpAmps

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Instituto Tecnológico de Nuevo León “Ciencia y Tecnología al servicio del hombre”

Alumno: Jacqueline Pérez Mendoza

#.C: 16481366

Docente: José Valderrama Chairez

Módulo: Electrónica Analógica 19:00 – 20:00

16 Diciembre 2018

Amplificadores Operacionales como Comparadores El Amplificador Operacional también llamado OpAmp, o Op-Amp es un circuito integrado. Su principal función es amplificar el voltaje con una entrada de tipo diferencial para tener una salida amplificada y con referencia a tierra. También dichos circuitos existen desde 1964 en donde los primeros modelos son el 702, 709 y 741 desarrollados por Fairchild, y 101 y 301 por National Semiconductor. Comparador Aplicación sin retroalimentación que compara señales entre las dos entradas y presenta una salida en función de qué entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lógicos. Una aplicación simple pero útil, es la de proporcionar un sistema de control ONOFF. Por ejemplo un control de temperatura, cuya entrada no inversora se conecta un termistor (sensor de temperatura) y en la entrada inversora un divisor resistivo con un preset (resistencia variables) para ajustar el valor de tensión de referencia. Cuando en la pata no inversora exista una tensión mayor a la tensión de referencia, la salida activara alguna señalización o un actuador.

Comparador de Voltajes

Figure 12 (a) Comparador. Cuando R3 = 0, la salida vo indica si (vi + vref) es mayor o igual a 0 V. Cuando R3 es mayor a 0, el comparador tiene histéresis, como se ilustra en (b), la característica de entrada-salida. R3 determina el ancho de la curva de histéresis.

Un comparador con histéresis (R3 > 0) permite tomar una decisión mediante dos umbrales, y no sólo si “vi=vref ”, que es una condición inestable, haciendo que la salida del circuito oscile entre −10 y +10.

Amplificador Inversor En este circuito, la entrada V(+) está conectada a masa y la señal se aplica a la entrada V(-) a través de R1, con realimentación desde la salida a través de R2. La entrada V(-) es un punto de tierra virtual, ya que está a un potencial cero. El circuito comúnmente más utilizado es el circuito de ganancia constante. El amplificador inversor amplifica e invierte una señal 180º, es decir, el valor de la tensión de salida está en oposición de fase con la de entrada y su valor se obtiene al multiplicar la tensión de la entrada por una ganancia fija constante, establecida por la relación entre R2 y R1, resultando invertida esta señal (desfase).

Amplificador no inversor Este es el caso en que la tensión de entrada Ve, está en fase con la de salida Vs, esta tensión de salida, genera una corriente a través de R2 hacia el terminal inversor, a su vez a través de R1, se genera una corriente hacia el mismo terminal pero de signo contrario, por lo que ambas corrientes se anulan, reflejando en la salida la tensión de entrada amplificada.

Según se ha mencionado antes, el valor de +Ve se refleja en la entrada inversora Ve del amplificador operacional y teniendo en cuenta que se considera un “cortocircuito virtual”, podemos establecer que ie = Ve/R1. Y como la corriente en la entrada inversora i– = 0; i1 = i2; por lo tanto Vo =(R1 + R2) i1, sustituyendo; Vo/ Ve = Vo= (R1 + R2)/R1 *Ve (R1 + R2) i1, sustituyendo; Vo/ Ve = (1 + R2/R1); y finalmente la ganancia en tensión: Av= (R1 + R2)/R1

Comparador con histéresis (Schmitt Trigger) El circuito de la figura corresponde a un Comparador con Histéresis, también denominado Schmitt Trigger . El amplificador operacional se encuentra alimentado entre +Vcc y -Vcc. Nótese que el amplificador operacional no recibe retroalimentación negativa y en cambio tiene retroalimentación positiva a través de R2. En el comparador con histéresis, la salida del amplificador operacional oscila entre los dos estados de saturación posibles, +Vcc y -Vcc, según los valores que tome la señal de entrada Vg en relación a la tensión de referencia Vref, y a los valores de la red resistiva R1 y R2.

En un amplificador operacional, cuando se cumple Vi = (V+ - V-) < 0, la salida Vo satura negativamente (Vo = -Vcc); por otra parte si Vi = (V+ - V-) > 0 entonces la salida Vo satura positivamente (Vo = +Vcc). De acuerdo con el circuito anterior, Vi = Vx - Vref. Para determinar Vx utilizamos el circuito equivalente que se muestra a continuación:

Si de excita un comparador con histéresis con una oscilación variable Vg, cuyos valores mínimo y máximo caigan respectivamente más allá de los extremos del intervalo [V1 ; V2], la salida del comparador toma alternativamente uno de ambos estados de saturación: Vo+ = -Vcc y Vo- = +Vcc los cambios de estado se producen, respectivamente, cuando Vg excede V2 (conmuta a saturación negativa) y cuando Vg cae por debajo de V1 (conmuta a saturación positiva). Se denomina ancho de histéresis H a la diferencia V2 - V1: H = 2 * Vcc * R1 / R2 Los valores de conmutación V1 y V2 son, respectivamente: V1 = Vm - H y V2 = Vm + H donde Vm = Vref * (R1+R2) / R2

Voltaje a Corriente Convertidor con Amplificador Operacional Un convertidor de voltaje a corriente. Para este caso, podemos hacer uso de una resistencia y determinar la corriente por ley de Ohm. Este circuito considera el ciclo o malla de retroalimentación en un amplificador operacional. La mayoria de los dispositivos y/o sensores proporcionan una señal de referencia de voltaje, no de corriente. Cuando requerimos una seña de corriente tenemos que implementar un convertidor de voltaje a corriente. Para esto tenemos que implementar el siguiente circuito.

Fig 1. Circuito convertidor de voltaje a corriente.

Considere una fuente de voltaje (sensor, o dispositivo) que esta generando tensión de 500mV . Determine una proporcionalidad de 10 a 1 en corriente, o de otra manera, determine el valor de las resistencias para que la salida sea 50mA. De acuerdo a la ecuación de la salida tenemos que: i2= v1/R1 En donde podemos despejar el valor de R1: R1 =-v1/i2 = - 500mV/50mA =10Ω Simulamos el circuito para corroborar:

Fig 2. Circuito convertidor de voltaje a corriente. La corriente se toma en la malla de retroalimentación.

Conversor de Corriente a Voltaje El conversor de corriente a voltaje, se conoce también como Amplificador de transimpedancia, llegada a este una corriente (Iin), la transforma en un voltaje proporcional a esta, con una impedancia de entrada muy baja, ya que esta diseñado para trabajar con una fuente de corriente. Con el resistor R como factor de proporcionalidad, la relación resultante entre la corriente de entrada y el voltaje de salida es: V out = - R * I in Su aplicación es en sensores, los cuales no pueden ser activados, con la poca corriente que sale de algún sensor , por lo que se acopla un A.O. que usa es poca corriente entregada, para dar salida a un voltaje (Vout)

Convertidor voltaje – frecuencia con LM3900 Este diseño utiliza el circuito integrado LM3900 de 14 pines, qué consiste de cuatro amplificadores operacionales de propósito general, de alta ganancia que operan sin ningún problema con una sola fuente de alimentación. Esta fuente de alimentación puede tener valores que van desde los 2.2 hasta los 16 VDC. En el diagrama del circuito, se muestra un diseño que se puede utilizar para obtener frecuencias por debajo de aproximadamente 10 Khz. El amplificador A1 se conecta como un amplificador integrador y permitirá obtener en su salida (Vo1) una onda triangular y el amplificador A2 funciona como un Schmitt Trigger (disparador Schmitt). El amplificador A2 sensa la salida del amplificador A1 y controla el estado del transistor Q1 que: Derivará la corriente de entrada a tierra a través de la resistencia R2, haciendo que la salida Vo1 disminuya linealmente. Permitirá que la señal entre en el amplificador A1 causando que la salida Vo1 aumente linealmente con R1 = 2*R2. Así la salida V01 es tiene la forma de una onda triangular y la salida V02 tiene la forma de una onda cuadrada y tiene una frecuencia que es linealmente dependientes de los valores de resistencia R1 y del condensador C1 y de los niveles establecidos por el Disparador Schmitt. (Ver V+)