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Monografia 4
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Monografia 4
FACULTAD DE CIENCIAS
ESCUELA PROFESIONAL DE ING.ELECTRONICA Y
TELECOMUNICACIONES
CIRCUITOS ELÉCTRICOS I
MONOGRAFIA
MODELO DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
ESTUDIANTE:
DOCENTE:
PIURA-PERÚ
ÍNDICE
Agradecimiento.............................................................................................................. 1
Dedicatoria .................................................................................................................... 2
Introducción ................................................................................................................... 3
1.El amplificador operacional ....................................................................................... 4
2.Funcionamiento .......................................................................................................... 5
2.1 Etapa diferencial ................................................................................................... 5
2.2 Etapa cambiadora de nivel .................................................................................. 6
2.3 Etapa de salida ..................................................................................................... 7
3.Análisis ........................................................................................................................ 7
3.1 Ejemplos de operación lineal y regenerativa ................................................... 8
3.2 Análisis de un circuito basado en amplificador operacional lineal ............... 9
3.3 Análisis de un circuito basado en amplificador operacional ......................... 9
4.Configuraciones de circuitos elementales de amplificador operacional ........... 12
4.1 Amplificador inversor ........................................................................................ 12
4.2 Amplificador no inversor ................................................................................... 14
4.3 Amplificador sumador inversor ........................................................................ 16
4.4 Amplificador derivador ...................................................................................... 17
4.5 Amplificador integrador ..................................................................................... 18
4.6 Conversor de corriente en tensión ................................................................... 18
4.7 Seguidor de tensión ........................................................................................... 19
4.8 Amplificador diferencial ..................................................................................... 21
4.9 Amplificador de carga ........................................................................................ 22
4.10 Amplificador diferencial y el puente de Wheatstone ..................................... 24
5. Modelo y funcionamiento del amplificador operacional ...................................... 24
5.1 Modelo ................................................................................................................. 24
5.2 Saturación ........................................................................................................... 25
6. Realización práctica ................................................................................................ 26
7. Bibliografía ............................................................................................................... 29
Para nuestros padres, profesores y compañeros, también a Dios por la Sabiduría que nos
salud, se convirtió en la fuente de vida y nos dio las cosas que necesitamos hacer todos los días
1. El AMPLIFICADOR OPERACIONAL.
2. Funcionamiento
Del mismo modo podemos decir que al invertir la polaridad de la tensión diferencial de
entrada (VP < VN), nos conlleva a una variación de sentido contrario de la tensión de
salida, disminuyendo ésta respecto de su valor original.
La salida está formada esencialmente por un circuito seguidor de emisor con simetría
complementaria. Una fuente de corriente polariza los transistores previos para que el
conjunto apenas consuma potencia en ausencia de señal
3. Análisis
La salida de cada amplificador operacional se ajusta a aquel valor para el que el circuito
de realimentación establece una tensión nula (cero virtual) en su entrada diferencial.
Debe tenerse siempre presente que en los análisis que siguen, y a menos que se
menciones lo contrario, el modelo de AmpOp utilizado será el ideal o teórico, lógicamente
funcionando en la región lineal.
y por otro lado al tener masa virtual (Vd = 0) la ecuación nos queda
finalmente podemos decir que:
Una vez finalizado el análisis de este circuito se puede ver claramente que la tensión de
salida es proporcional a la tensión de entrada, siendo el factor de proporcionalidad una
constante que definimos con las resistencias R1 y R2. Este simple diseño de amplificador
operacional puede atenuar o amplificar las señales aplicadas a nuestra entrada, el
nombre de inversor viene dado por el signo negativo presente en la fórmula, es decir, el
montaje invierte la fase de la señal de entrada. Finalmente podemos destacar la
presencia de una R3, cuya misión es la de compensar los posibles efectos no deseados
debidos a imperfecciones en el funcionamiento de los amplificadores operacionales
reales, en concreto lo que se busca es disminuir el efecto de unas intensidades de
polarización residuales presentes en las entradas del amplificador operacional.
Del análisis de este circuito, realizado a partir de las consideraciones tenidas en cuenta
en los casos estudiados anteriormente, resulta que:
En estas condiciones, se puede analizar por LKT la malla conformada por u e, ud y us,
resultando:
ue = u d + us
y operando, resulta:
us = ue A/(1+A) ≈ ue pues A → ∞
Aquí hay que detenerse un momento para observar un detalle fundamental para los
estudios que siguen. Claramente se ve, en base a lo mencionado en párrafos anteriores,
que en este circuito el AmpOp está realimentado negativamente. Se puede verificar que
en esta condición la tensión del terminal no inversor coincide con la del terminal inversor,
por lo tanto, ud=0. Esta conclusión se obtuvo para una configuración sencilla del AmpOp,
pero queda como ejercicio para el lector verificarla para cualquier otra configuración de
las que se verán más adelante. Este resultado constituye el concepto que suele
denominarse cortocircuito virtual, al cual nos referiremos a menudo durante la resolución
de los diferentes circuitos con amplificadores operacionales. Y la denominación es
adecuada teniendo en cuenta que el cortocircuito virtual está conformado por dos puntos
que se encuentran a la misma tensión, pero entre los cuales no existe corriente,
recordando que en un AmpOp ideal no ingresa corriente por los terminales de entrada.
Aquéllos que recién se inician en el estudio de circuitos, y en particular de los
amplificadores operacionales, a menudo se preguntan qué utilidad puede tener esta
configuración, en la cual se incorpora un elemento de cierta complejidad para “no
cambiar nada” en el circuito. A los fines didácticos es posible usar un burdo ejemplo,
como sigue. Supóngase que se tiene una fuente de tensión real (u f, Ri), la cual debe
aplicarse a una resistencia de carga Rc.
Esta expresión indica que el amplificador diferencial amplifica la diferencia de las dos
señales de entrada.
Los transductores del tipo piezoeléctrico representan una familia muy común destinada
a la medición de fuerza, presión o aceleración. Estos elementos generan una carga
eléctrica en respuesta a la deformación (la cual a su vez es provocada por una fuerza
externa aplicada), tal como se puede ver en el capítulo Transductores e Instrumentación;
en donde, además, se menciona que un elemento de este tipo se puede modelar en
forma sencilla como una fuente de corriente con una capacitancia en paralelo a modo de
admitancia interna. En realidad, dicha fuente de corriente representa la tasa de variación
de la carga generada como respuesta a la fuerza externa aplicada; mientras que la
capacitancia es consecuencia de la estructura del transductor, consistente en un
dieléctrico (cristal piezoeléctrico) colocado entre dos electrodos metálicos, conformando
de esta manera un capacitor de placas paralelas. De esta forma, en la Figura 19 se
muestra un amplificador de carga cuya fuente de señal tiene las características
mencionadas en el párrafo anterior.
El amplificador de carga es básicamente un circuito integrador caracterizado por una
impedancia de entrada extremadamente alta; lo cual resulta esencial pues, de otra forma,
la carga generada por el transductor se fugaría a tierra a través de la entrada del
amplificador, considerándose entonces que la corriente de entrada del amplificador es
despreciable. Por otra parte, si se supone que la capacitancia del cristal es
suficientemente pequeña, la parte de la carga que pudiese desviarse por C d también
sería despreciable. En consecuencia, toda la corriente en el capacitor de realimentación
Cr resulta prácticamente igual a la entregada por la fuente:
ir = -i
Además, debe observarse que, debido a las hipótesis planteadas para el AmpOp ideal,
la tensión sobre el transductor resulta efectivamente igual a cero. Por lo tanto, la
expresión de la tensión de salida, vale:
con q = Kp·Xi.
4.10. Amplificador diferencial y el puente de Wheatstone
5.1. Modelo
is = ii + ini + i+ + i- (1)
5.2. Saturación
-Ucc us +Ucc
Ejercicio 1
7. Bibliografía
1.https://www.ctr.unican.es/asignaturas/instrumentacion_5_it/iec_2.pdf
2. https://drive.google.com/file/d/1GSGxPiAuLEH46Y6dJprFJDpFfNAaMhkZ/view
3.https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/4466/Mem%C3%B2ria.pdf?sequ
ence=1
4.http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/69653/Documento_completo.pdf?seq
uence=1
5. https://www.ingmecafenix.com/electronica/amplificador-operacional/
6.https://www.arrow.com/es-mx/research-and-events/articles/fundamentals-of-op-amp-
circuits
7.https://hetpro-store.com/TUTORIALES/amplificador-
operacional/#:~:text=Un%20amplificador%20operacional%20o%20opamp,del%20inver
sor%20y%20no%20inversor.