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El amplificador operacional ideal

10.1 Simbología y aplicaciones

El Amplificador Operacional (AO) es un circuito integrado que contiene varias etapas de transistores interconectados de manera que el conjunto puede amplificar señales "amplificador"

Además, permite operar con señales "operacional".

Encapsulado:

Símbolo circuital:

Donde:

V_ = entrada inversora

V+ = entrada no inversora

VO = salida

+VCC, -VDD = Alimentación necesaria para polarizar los transistores en región activa.

Simplificación:

Se entiende que existe +VCC, -VDD , de otra manera el amplificador operacional no funcionaría.

NOTA: Todas las tensiones se dan respecto a un único nodo de referencia (tierra/masa)

¿Qué operaciones puede realizar un amplificador operacional?

  • Generar señales, actuar como fuente de corriente o de tensión
  • Amplificar
  • Sumar, restar, invertir señales
  • Comparar señales
  • Integrar o derivar señales
  • Eliminar ruido
  • Convertir señal alterna en directa
  • Convertir tensión en corriente

10.2 Funcionamiento básico de un amplificador operacional ideal

La tensión de salida de un amplificador operacional ideal es la diferencia de tensión en las entradas multiplicada por un factor A (ganancia en lazo abierto), donde A>>0 [en el caso ideal A= ∞]

Circuito equivalente del AO:

CONDICIONES DE IDEALIDAD

Consideramos un AO ideal cuando cumple las siguientes condiciones:

  1. Ganancia en tensión en lazo abierto infinita ( A = ∞ )

Consecuencia:

  1. Corriente por los terminales de entrada nula RIN = ∞ (impedancia de entrada).

Esta condición, unida a (1) recibe el nombre de condición o principio de cortocircuito virtual (CCV)

  1. Corriente de salida muy grande RO = 0 (impedancia de salida)

Función característica del amplificador operacional ideal:

10.3 El amplificador operacional real. Desviaciones de la idealidad.

En la práctica los amplificadores operacionales se desvían del comportamiento ideal

  1. A = , en realidad A , aunque () (muy pequeña).
  1. , en realidad Tenemos pequeñas corrientes de entrada que deben compensarse.
  1. Ro 0, en realidad .

Curva característica del amplificador operacional no ideal:

Estimación de la anchura (ε) de la región lineal:

Supuestos |VCC| = |VDD| = 10V

Anchura máxima= 2mV (supuesto A = 104)

Anchura mínima = 2 µV (supuesto A = 106)

Para |V+ - V-| > 1mV El AO entra en saturación

10.4 Resolución de problemas con amplificadores operacionales ideales.

OJO: solo aplicable en casos con realimentación negativa.

Realimentación negativa ≡ conexión entre la entrada inversora (V-) y la salida Vo del AO.

La resolución se basa siempre en la aplicación del CCV (cortocircuito virtual).

  1. V+ = V-
  2. i+ = 0 i- = 0 (corrientes de entrada al AO)
  3. Aplicar KCL a las entradas expresando las corrientes en función de las tensiones en los nodos.

Ejemplo 1: Amplificador inversor

PASOS:

  • Comprobar que hay realimentación negativa.
  • Indicar tensiones en nodos y corrientes en ramas.
  • Aplicar V+ = V- , así como i+ = 0, i- = 0
  • Aplicar KCL a los nodos principales.

Así, tendremos:

V+ = 0 aplicando CCV → V+ = V- = 0

Definimos las corrientes de cada rama:

Aplicando KCL: I1 = I2 + 0

Despejando:

¿Qué ocurre si ponemos una resistencia en el terminal no inversor?

Definimos la corriente I3:

Pero: i+ = 0, así i3 = 0, v+ = 0

Y el resultado sería el mismo que antes:

¿Para qué valor de entrada V1 se saturará el amplificador operacional?

La zona lineal de funcionamiento:

El amplificador operacional se satura si:

Autoevaluación:

  1. Considera el circuito de la figura para el caso en que n = 100 y la tensión de entrada (Vi) tiene un valor de 0,2 mV.

1

Hallar el valor de la tensión Vn.

a)
b)
c)
d)
¡Correcto!Incorrecto...Tu respuesta ha sido guardada.
Comprueba tu respuesta

2

Halla el valor de la salida (Vo).

a)
b)
c)
d)
¡Correcto!Incorrecto...Tu respuesta ha sido guardada.
Comprueba tu respuesta

.