Download - Amplificador operacional
Acondicionamiento Lineal usando amplificadores operacionales
OBJETIVOS (referencias sección 3.2, 3.3.1 y 3.3.2 del texto de G. Dieck)Describir las características más importantes del amplificador operacional como un dispositivo de procesamiento activo de señales análogas.Describir las aplicaciones más sencillas de los amplificadores operacionales en sistemas de acondicionamiento para instrumentación.Entender la operación de los circuitos convertidores de voltaje a corriente, y de corriente a voltaje.Entender el funcionamiento de los circuitos de balanceo y ganancia.Desarrollar las distintas configuraciones del amplificador de instrumentación básico.Desarrollar ejemplos sencillos para los amplificadores
de instrumentación.
El amplificador operacional ideal vs real
Ancho de banda del amp. operacional
Saturación, voltaje de desvío y ganancia
(a) En lazo abierto (b) En lazo cerrado
Rapidez de respuesta (“slew rate”)
Comparación de amplificadores operacionales
Parámetro Ideal Tipo Veloz Bajo Ruido 741 715 5534
=================================================================Ao (dB) 100 90 100Rsa () 0 75 75 0.3Ren () 2 Meg 1 Meg 0.1 MegIdes (nA) 0 20 250 300Vdes (mV) 0 2 10 5GBW (Hz) 1 Meg 65 Meg 10 MegSR (V/mseg) 0.7 100 13CMRR (dB) 90 90 90PSRR (V/V) 0 30 30 30PSRR(dB) {dB(V/V)} 90 90 90=================================================================
Configuraciones básicasTabla 3.2: Características de las configuraciones retroalimentadas
Amplificador no inversor Amplificador inversor
Rentrada 21
RGR
R Rmcen
F A RA
Rsalida RR G
R R
sa
A
F A
1
RR G
R R
sa
A
F A
1
Ancho
de Banda
GBW
R RF A1
GBW
R RF A1
Ganancia
de Voltaje 1RRF
A
R
RF
A Nomenclatura adicional: Rmc=Resistencia de entrada en modo común, GBW = Producto Ganancia Ancho de Banda, y G = Ganancia en Lazo Abierto
Acondicionamiento Lineal de Señales: Amplificador Inversor
V+ está conectada a tierra (V+=0). (V+) (V-)=0, la terminal inversora (negativa) esta al mismo
potencial que la no-inversora y se denomina: tierra virtual. La corriente I1 se encuentra usando la ley de Ohm. La
corriente I1 fluye solamente hacia R2. Esto es I1=I2. La resistencia presentada a Vi es R1. Entonces: (V-) = (V+) Vo = -(R2/R1) Vi
I1 Vi
R1
I2 Vo
R2
I1I2 Vo R2
R1
Vi
Acondicionamiento Lineal de Señales:Amplificador Sumador
Sumador Inversor (V+) esta conectado a tierra, o (V+)=0. Debido a que (V-) = (V+), la señal inversora tiene un
potencial de cero y se le denomina tierra virtual. Las corrientes I1, I2 e I3 se calculan usando la ley de
Ohm.
I1V1
R1
I2 V 2
R2
I3 Vo
R3
I3 I1 I2 Vo R3
R2V2
R3
R1V1
Acondicionamiento Lineal de SeñalesAmplificador No Inversor Ahora (V+) está conectada a Vi. (V+) = (V-) = Vi De nuevo, la corriente I1 se calcula usando la ley
de Ohm. I1 fluye a través de R2 e I1=I2. El circuito presenta una resistencia muy grande a
Vi
I1 ViR1
I2Vi Vo
R2
I1I2 Vo 1R2
R1
Vi
Acondicionamiento Lineal de SeñalesEl amplificador diferencial
(V+) se obtiene de la división de voltajes: (V+) = [R2/(R2 + R1)]V2
Las corrientes IA e IB se calculan usando la ley de Ohm.
IA = IB y (V+) = (V-) Vo se obtiene de una substitución sencilla.
IAV1
R2
R2 R1V2
R1
IB
R2
R2 R1V2 Vo
R2
IA IB VoR2
R1V2 V1
Acondicionamiento Lineal de Señales:Amplificador de Instrumentación Este amplificador es una herramienta poderosa para medir
señales análogas de bajo nivel que se originan en sensores
remotos y que se transmiten a través de un par de alambres.
Amplificador de Instrumentación Integrado
Usando 3 amplificadores operacionales
Acondicionamiento Lineal de Señales:Circuito Integrador
(V+) está conectado a tierra, (V+) = 0 Otra vez, (V-) = (V+) y la terminal inversora tiene un
potencial de cero. IR se calcula usando la ley de Ohm. IR fluye a través
de C. Esto es IR = Ic.
IR Vi
R
Ic CdVo
dt
IR Ic Vo 1
RCVi( )d
Convertidor de Voltaje a Corriente
Convertidor del tipo V-I (carga flotada) (V+) esta conectado a Vi. (V-) = (V+), de tal forma que la terminal inversora
tiene el mismo potencial que Vi. La corriente a través de R1 es IL. La corriente IL no
depende de la resistencia RL. Notar que la carga esta flotada.
Otro convertidor de Voltaje a Corriente
Convertidor V-I con carga aterrizada IL no depende de RL. Sólo depende de VIN y VREF. 1/R1 determina laconstante de proporcionalidad entre
V y I. Notar que la carga esta referenciada a tierra.
IL 1
R1VIN VREF
Convertidor de Corriente a Voltaje
Convertidor I-V inversor (V+) está conectado a tierra, o (V+) = 0 (V-) = (V+) = 0, La terminal inversora es tierra
virtual I fluye solamente a través de R. R determina la constante de proporcionalidad
entre la curriente y el voltaje.
Otro convertidor de corriente a voltaje
Convertidor I-V no inversor Si R1 >> Rs, IL fluye casi totalmente a través de Rs.
Acondicionamiento Lineal: Ejemplo
Usando Amp. Operacionales, diseñar el siguiente circuito aritmético:
Solución Usar un amplificador sumador con entradas Vi y 5 Volts,
ajustar la ganancia a 3.4 y 1, respectivamente.
Acondicionamiento Lineal de Señales:Ejemplo
Diseñar un circuito con Amp. Operacional que tenga una ganancia de 42 y que tenga una resistencia de entrada muy grande.
Solución Usar la configuración no inversora, ya que posee la
inherente característica de su resistencia de entrada grande.
Acondicionamiento Lineal de Señales: Ejemplo Diseñar un circuito basado en amplificadores
operacionales que convierta un rango de voltajes de 20 a 250 mV a un rango de 0 a 5 V.
Acondicionamiento Lineal de SeñalesEjemplo Diseñar un circuito basado en amplificadores operacionales
para convertirun rango de señales de [4 to 20 mA] a un
rango de voltaje de [0 to 10 V].
Solución.