PROBLEMAS RESUELTOS DE CIENCIAS FISICAS
cuestiones resueltas de electrónica aplicada

Ver enunciado en

Ejercicios resueltos de física electrónica

Estás en : Matemáticas y Poesía > Ejercicios resueltos

 

Cuestiones de electrónica aplicada

Desarrollo del ejemplo 36.-Amplificadores operacionales. Características, principio de "tierra virtual" función de transferencia y algunas aplicaciones.

Los amplificadores operacionales son circuitos amplificadores de tensión de acloplamiento directo y con ganancia negativa muy elevada.Estan especificamente diseñados para ser utilizados con realimentación de tensión en paralelo y, bajo ciertas condiciones permiten efectuar operaciones matematicas con señales electricas. Esta es,precisamente,la causa de su calificativo de OPERACIONALES.
Em lo que sigue solo consideraremos el amplificador operacional ideal ,definido como aquel amplificador que posee las siguientes caracteristicas:
amplificador operacional

    Ganancia de tensión: Infinita
    Impedancia de entrada : infinita
    Impedancia de salida: nula
A estas oaracterisiticas básicas se les suelen añadir otras referentes a su anhura de banda , margen dinamico, ruido, tiempo de conmutación, etc.
NO es condición indispensable para la definición de un amplificador operacional que la entrada sea diferencial, aunque ocurre que la mayoría de ellos tienen entrada diferencial y salida asimétrica.
En la figura representamos un amplificador ideal, mediante el simbolo normalmente empleado : un triangulo isosceles en posición horizontal y cuyo vertice se halla dirigido en el sentido de paso de la señal que transmite. Em el esquema, la resistencia Zr realimenta directamente la salida a la entrada mientras que z1 se coIoca en serie con la entrada.
Si aplicamos a la entrada una tensión vg se estableceran las corrientes i1 e ir y las tensiones v1 y vo que vamos a calcular.
A la vista del circuito podemos escribir las siguientes ecuaciones
    \(\displaystyle i_1 = \frac{v_g - v_1}{Z_1}\quad ; \quad i_r = \frac{v_1 - v_o}{Z_r} \)
La tension de salida, vo y la entrada del operacional estan relacionadas por la ganancia del mismo y podemos escribir:
    \(v_o = - Av_1 \)
Por otro lado, por ser infinita la ampedancia de entrada del operacional no se va a derivar ninguna corriente del nudo B haia la ent:rada inversora , con lo cual:
    \(i_1 = i_r \)
Convinando las anteriores ecuaciones se llega a obtener:
    \(\displaystyle \begin{array}{l} i_1 = i_r \Rightarrow \frac{v_g - v_1}{Z_1} = \frac{v_1 - v_o}{Z_r} \Rightarrow\\ \\ \frac{v_g - (v_o/A)}{Z_1} = - \frac{\left(\frac{1}{A}+ 1\right)}{Z_r}\Rightarrow \\ \\ v_g = - v_o\left[\frac{1}{A}+ \frac{Z_1}{Z_r}\left(\frac{1}{A}+ 1\right)\right]\Rightarrow \\ \\ v_o = - \frac{v_gZ_r}{Z_1 + (Z_1+Z_r)/A}\simeq \frac{Z_r}{Z_1}v_g \end{array} \)
Donde hemos considerado que la. ganancia A del amplificador tiende a infinito.
De los resultados anteriores pueden sacarse conclusiones importantes:
  • Puesto que la ganancia del amplificador realimentado solo depende del cociente de las dos resistencias, z1 y Zr se tratara de una ganancia muy estable y podra ser controlada facilmente.
  • La tensión v1 en la entrada del operacional será v1 = - vo/A. Por lo tanto, si la ganancia A es infinita vo una tensión finita, debera ser v1 = 0 . Esto quiere decir que el punto B estara a una tensión cero y se comportará como si estuviese unido a rnasa, o sea en cortocircuito, pero sin que circule corriente por él. Este hecho se conoce con el nombre de "PRINCIPIO DE LA TIERRA VIRTUAL"
  • La impedancia de entrada del amplificador realimentado será , por tanto, z1. Por ser la ganancia negativa, a esta configuración básica del amplificador operacional se le conoce con el nombre de inversor.
  • La función de transferencia del sistema puede obtenerse de la expresión anterior sabiendo que viene dada por vo/vg.
Las caraoteristicas de un amplificador operacional real se suelen agrupar en tres bloques : de entrada, de transferencia y de salida.
Los parrunetros de entrada más importantes son : la razón de rechazo de modo común (RRMC), ya definida aI tratar de los amplificadores cliferenciales, la tensión de desviación o diferencia de las tensiones de entrada para que la salida sea nula, y las corrientes de entrada, necesarias para polarizar la primera etapa de las que consta el amplificador.
Entre las características de transferencia la más importante es la ganancia como función de la frecuencia , y debido a que , en general el acoplo entre las etapas del amplificador es directo, no existe la frecuencia de corte inferior, pudiéndose manejar señales cuya frecuencia sea tan baja como se precise.
Otra. característica de transferencia importante es la que se expresa la relación de la tensión de salida con la dif'erencia, u2 - u1 de las tensiones de en trada.
Por último, y en ouanto a las oaracterísticas de salida se tiene como una de las más importantes la resistencia de salida, con valores normales desde unas decenas de ohmios hasta unos centenares.
a de las aplicaciones básicas del amplificador operacional es su uso como componente fundamental en los calouladores analógicos. En estas máquinas las magnitudes fisicas d.e un problema se representan por tensiones ouya variación con el tiempo equivale a la de aquellas a una escala previamente elegida. Estas tensiones pueden ser relacionadas entre si mediante operaciones matemáticas que representen la solucición del problema concreto en estudio.
CUESTIONES DE ELECTRÓNICA APLICADA, COMPONENTES Y DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS


tema escrito por: José Antonio Hervás