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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL - PowerPoint PPT Presentation


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL. CONTROLES ELECTRICOS Y AUTOMATIZACION EE - 621. AMPLIFICADORES OPERACIONALES. AMPLIFICADORES OPERACIONALES. Conceptos básicos del OPAM. Encapsulado:. SMD. Inserción. Introducción.

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Presentation Transcript
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL

CONTROLES ELECTRICOS Y AUTOMATIZACION

EE - 621

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

slide3

Conceptos básicos del OPAM

Encapsulado:

SMD

Inserción

introducci n
Introducción
  • Circuito integrado de bajo coste
  • Multitud de aplicaciones
  • Mínimo número de componentes discretos necesarios:
          • Resistencias
          • condensadores.
  • Aplicaciones: Cálculo analógico

Convertidores V-I e I-V

Amplificadores Instrumentación

Filtros Activos

conceptos b sicos del opam

+Vcc

Vcc

-

+

-Vcc

Vcc

Conceptosbásicos del OPAM

Tensión de salida V0 acotada

-Vcc ≤ Vo ≤ +Vcc

amplificador operacional amp op
AMPLIFICADOR OPERACIONAL AMP OP

-

+

+

+

+

-

-

-

-

Entrada inversora

+

Entrada no inversora

Tensiones en el amp op, e+y e- son tensiones de entrada, y eo es la tensión de salida

caracteristicas ideales del amp op
CARACTERISTICAS IDEALES DEL AMP OP

-

+

K

+

+

+

-

-

-

El voltaje entre las terminales + y – vale cero (tierra virtual o corto virtual

La corriente entre + y – vale cero = Impedancia de entrada infinita.

La impedancia de salida vale cero.

Tiene una ganancia K que tiende a infinito.

El voltaje entre las terminales + y – vale cero (tierra virtual o corto virtual)

La corriente entre + y – vale cero = Impedancia de entrada infinita.

La impedancia de salida vale cero.

Tiene una ganancia K que tiende a infinito.

por qu es tan importante el amp op
¿Por qué es tan importante el AMP OP?

-

+

K

+

+

+

-

-

-

El AMP OP ofrece una forma conveniente de construir, implantar o realizar funciones de transferencia en el dominio de s o en el dominio del tiempo.

En sistemas de control se emplean a menudo para implantar controladores obtenidos del proceso de diseño del sistema de control.

Con el AMP OP es posible obtener funciones de transferencia de primer orden o de orden superior.

slide15

Z1

Z2

Z1

Z2

Vi

-

-

Vo

Vo

Vi

+

+

El OPAM realiza operaciones matemáticas, de ahí su nombre (Amplificador operacional)

Amplificador Inversor

Amplificador no Inversor

sumador

Al ser Vd=0

i

i

R1

V1

Como Vo=-R´·i

V2

R2

-

Vo

Vd

+

Vn

Rn

  • Vo es la combinación lineal de las tensiones de entrada.
Sumador

Sumador inversor

Si R1=R2=…=Rn

sumador1

La tensión de salida Vo es:

R

Aplicando Millman, V+ será:

-

Vo

R´1

Vd

V´1

+

V+

V´2

R´2

V´n

R´n

Sumador

Sumador no inversor

Si R´1=R´2=…=R´n

amplificador diferencial restador
Amplificador diferencial: Restador

Aplicando superposición:

V1

R1

R2

-

Vo

R3

V+

V2

+

Si hacemos R1=R3 y R2=R4

R4

La tensión de salida es proporcional

a la diferencia de las tensiones

de entrada

comparador

V1

R1

R2

-

Vo

R3

V+

V2

+

R4

Comparador
  • Sensores:
  • Temperatura
  • Presión
  • Humedad

Equipos de medida

Aplicando superposición:

circuito integrador con opam

Vc

R

i

i

Vi

C

-

Vo

Vd

+

Circuito Integrador con OPAM

Dado que Vd=0

La tensión Vc es:

Como Vo(t)=-Vc(t) entonces

circuito integrador con opam1

Vc

R

i

i

Vi

C

-

Vo

Vd

+

Circuito Integrador con OPAM

Formas de onda

slide22

Circuito Integrador con OPAM

R1

C

-

+

Problema: Saturación de AO

  • Causas:
  • Asimetría en los caminos de entrada-salida.
  • Efecto:
  • Sin tensión de entrada, en régimen permanente, el AO se satura. V0=Ad·UDi=±Vcc
  • Solución:
  • Limitar la ganancia del AO con R1. V0=UDi·(1+R1/R)

R

i

i

Vi

+Vcc

-

Vo

Vd

+

-Vcc

UDi

slide23

Circuito Integrador con OPAM

R1

i

i

R2

V1

-

Vo

R1

+

V2

R2

is

i´-is

C

Conversor V-I:

Carga no flotante

Vc

circuito derivador con opam

Vc

VR

C

R

i

i

Vi

-

Vo

Vd

+

Circuito Derivador con OPAM

Dado que Vd=0

La tensión VR es:

Como Vo(t) es:

entonces:

circuito derivador con opam1

Vc

VR

C

R

i

i

Vi

-

Vo

Vd

+

Circuito Derivador con OPAM

Formas de onda

caracter sticas del amp op
Características del AMP OP

Tensiones offset: En los amplificadores reales aparecen en su salida tensiones del orden de decenas a centenas de milivotios en ausencia de una señal de entrada.

Causas: disimetrías en la etapa diferencial…

Modelo de las tensiones offeset: tensión off-set de entrada o Vos (input offset voltage)

¿Cómo eliminar el offset? Se usan potenciómetros (offset null)

caracter sticas del amp op3
Características del AMP OP

Corriente bias o corrientes de polarización: Corriente necesaria para la operación de un AMP OP.

Modelo de las corrientes bias: IBIAS

¿Cómo reducir el efecto de la corriente bias? Usando amplificadores CMOS o FET, en lugar de BJT.

caracter sticas del amp op7
Características del AMP OP

Parámetros de frecuencia: Los AMP OP tienen alta ganancia y un gran ancho de banda; pero tienen tendencia a inestabilidad (polos en el lado derecho del plano complejo).

Cómo se corrige la inestabilidad: se utilizan técnicas de compensación internas y/o externas que limitan su operación: Un capacitor para compensación, por ejemplo, puede provocar una drástica reducción de la frecuencia de corte..

Relación en el AMP OP: La ganancia multiplicada por la frecuencia de corte es igual a la frecuencia f1, siendo ésta el ancho de banda de ganancia unidad

caracter sticas del amp op8
Características del AMP OP

Slew rate:. Refleja la capacidad del AMP OP para manejar señales variables en el tiempo. El SR se define como la máxima variación de la tensión de salida con el tiempo que puede proporcionar la etapa salida del AMP, se mide en V/s.

Efecto: Si hay un exceso sobre el valor del SR, el amplificador pierde sus características de linealidad y provoca distorsión en la señal que entrega.

otros par metros del amp op
Otros parámetros del AMP OP

Rango de tensión de entrada:. Máxima tensión de entrada. Ej: 13 V.

Máxima variación de rango de tensión de salida: o maximun peak output voltage swing. Máxima tensión esperada a la salida de el AMP, si su alimentación es de 15 V, su máxima tensión de salida es aproximadamente ± 14 V.

Resistencia y capacitancia de entrada: (input resistance and capacitance). Resistencia y capacitancia equivalente de lazo abierto vista a través de los terminales de entrada del AMP. Ej 2M y 1.4 F.

Resistencia de salida: resistencia de salida del AMP que puede ser de unos 75 )

otros par metros del amp op1
Otros parámetros del AMP OP

Consumo de potencia: Potencia DC, para una alimentación de unos ±15 V, su valor es de 50 mW.

Corriente de cortocircuito de salida: Corriente máxima de salida limitada por el dispositivo de protección; ej: 25 mA.

Variación máxima de la tensión de salida: (output voltage swing). Es la amplitud pico-pico máxima que se puede conseguir sin que se produzca corte, para VCC = ±15 V, ésta es de ±13 V a ± 14 V.