Amplificadores

Operacionales (AO)

Ing. Bremnen Véliz, PhD.

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Amplificador Operacional
Definición, características, aplicaciones del
amplificador operacional, filtros activos.

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Amplificador Operacional
Es un amplificador fabricado en un pequeño chip diseñado para realizar operaciones de
suma, resta, integración y derivación de señales presentes en las entradas.

+: Voltaje de entrada no inversora

-: Voltaje de entrada inversora
Vcc, Vee: Tensión de alimentación
Vo: Voltaje de salida
Ad: Ganancia diferencial 𝑣𝑜 = 𝐴𝑑 𝑣𝑑

Vcc

Vo

Vee

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 Modos de Operación del Amplificador Operacional

La diferencia entre las tensiones de entrada, La media entre en las tensiones de entrada, es llamada tensión
es llamada tensión diferencial: en modo común:
𝑣𝑑 = 𝑣1 − 𝑣2 𝑣 +𝑣
𝑣𝑐𝑚 = 1 2 2

Entrada Diferencial Entrada Modo Común

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Características del Amplificador Operacional

Idealmente:
Alta impedancia de entrada Ri (MΩ) Ri → infinita → 𝐼+ = 𝐼− = 0
Baja impedancia de salida Ro (<200Ω) Ro → cero.
𝑉
Alta ganancia de lazo abierto Ad (≈20000) Ad → infinito → 𝑉𝑑 = 𝑜 = 0
𝐴𝑑
Ad depende inversamente con la frecuencia Ad independiente de frecuencia

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Aplicaciones del amplificador operacional.

1. Amplificador Básico o Multiplicador de Ganancia Constante.

2. Seguidor de Voltaje o Amplificador de Acoplamiento.
3. Amplificador Sumador
4. Amplificador Diferencial
5. Amplificador Diferencial de Instrumentación
6. Amplificador Integrador
7. Amplificador Diferenciador o Derivador
8. Circuitos Comparadores de Tensión

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Amplificador Básico o Multiplicador de Ganancia Constante

Hay dos tipos: Amplificador Inversor y Amplificador No Inversor

Amplificador inversor Retroalimentación negativa (R2).

i2
𝑣𝑥 = 0𝑉 𝑣− = 𝑣+ = 0𝑉
0A
0V

i1

0V

7
Ejercicio

Dado el circuito mostrado, determine el valor de Rf requerido para producir una ganancia de
voltaje de lazo cerrado de -100.

Solución

𝑅𝑓 𝑅𝑓
𝐴𝑣 = − = −100 = −
𝑅𝑖 2.2𝑘

𝑅𝑓 = 100𝑥2.2𝑘 = 220𝑘

8
Amplificador Básico o Multiplicador de Ganancia Constante

Amplificador no inversor Retroalimentación negativa (R2)

𝑣𝑖 = 0𝑉

𝑖𝑖 = 0𝐴

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Ejercicio

Para el circuito amplificador no inversor mostrado, encuentre al voltaje de salida pico a pico.

Solución

La señal de entrada es: 2V

pico-pico
La señal de salida es:
Vo = Vin x 6 = 2V x 6 = 12V

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Seguidor de Voltaje o Amplificador de Acoplamiento.
𝑣𝑜
Proporciona una ganancia unitaria sin inversión de polaridad. 𝐴𝑣 = 1 =
𝑣𝑖𝑛
Se utiliza cuando se requiere que el valor de la fuente se traslade a la carga.

11
Ejercicio

Calcular las corrientes y las tensiones del circuito. Datos: vs = 1 V, R S=200 y RL=1 k.

Solución
𝑖𝑆
𝑖𝑆 = 0

𝑖𝐿 𝑣𝑆 = 𝑣𝑖𝑛 = 𝑣𝑜𝑢𝑡 = 1𝑉
𝑣
𝑖𝐿 = 𝑜𝑢𝑡ൗ𝑅 = 1𝑉ൗ1𝑘 = 1𝑚𝐴
𝐿

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Aplicaciones del Seguidor de Voltaje

División de tensiones

Acoplamiento de impedancia

Blindaje Guarda Activa

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Amplificador Sumador
Es un circuito que permite sumar algebraicamente varias señales.

14
Ejercicio

Determine la salida de voltaje para el amplificador sumador mostrado en la figura.

Solución

15
Amplificador Diferencial

Retroalimentación negativa (R2)

𝑅2
𝑣+ = 𝑣2 = 𝑣−
𝑅1 + 𝑅2

𝑖1 = 𝑖2 = 𝑣1 − 𝑣+

𝑣0 = 𝑣+ − 𝑖2𝑅2

𝑅2
𝑣0 = ൗ𝑅 𝑣2 − 𝑣1
1

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Amplificador Diferencial de Instrumentación

Tiene alta impedancia de entrada.

La tensión de modo diferencial se ve
sometida a una mayor ganancia en la
primera etapa.
Se requiere un potenciómetro que
permita ajustar el factor de escala del
circuito.

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 Aplicaciones del Amplificador de Instrumentación

Medición de temperatura mediante RTD Electrocardiogramas

RTD

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Amplificador Integrador

−𝑉1(𝑠)
𝑉𝑂 𝑠 =
𝑠𝐶𝑅

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Amplificador Diferenciador o Derivador

ic

𝑉𝑂 𝑠 = −𝑉1 (𝑠)sRC

𝑉1(𝑠)
𝑖𝐶 𝑠 = = 𝑠𝐶𝑉1 (𝑠) 𝑉𝑂 𝑠 = −𝑖𝐶 𝑠 𝑅
1ൗ
𝑠𝐶

20
Ejercicio

El circuito muestra la entrada de una señal onda cuadrada a un amplificador diferenciador.

Encontrar la salida de voltaje si la entrada va de 0V a 5V en 0.1ms.

Solución

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Comparadores de tensión

Es un OA sin realimentación negativa que toma ventaja de la ganancia de voltaje de lazo abierto.
Un circuito comparador permite la entrada de voltajes analógicos y proporciona una salida digital
que indica cuando una entrada es menor que o mayor que la segunda.

Si Vi+ < Vi- entonces Vo ≈ Vcc Opera en la zona no lineal.

Si Vi+ > Vi- entonces Vo ≈ Vee

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Respuesta en frecuencia en lazo abierto

Ganancia contra frecuencia

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Ganancia y Ancho de banda

La ganancia de voltaje de lazo abierto se reduce a medida que se incrementa la frecuencia.

A baja frecuencia de operación de cd el valor de la ganancia es el que aparece en la
especificación Avd.
La ganancia en lazo abierto se reduce hasta finalmente alcanzar el valor de 1 (unitario) a la
frecuencia llamada como el ancho de banda a ganancia unitaria, B1, o simplemente ancho de
banda.
La frecuencia de corte y la frecuencia de ganancia unitaria están relacionadas por:

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Filtros pasivos

Filtros pasa bajo

25
Filtros pasivos

Filtros pasa alto

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Filtro Activo Pasa Alto

27
Filtro Activo Pasa Alto

28
 Bibliografía
•Robert L. Boylestad,
Electrónica: teoría de
circuitos y dispositivos
electrónicos, décima edición,
2009.
•Allan Hambley,
ELECTRÓNICA, segunda
edición, 2001.

29
GRACIAS

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