Un amplificador operacional conectado en una configuración inversora decir cuando la señal de salida es desfasada en 180° con respecto a la señal de entrada. Para lograr esto, es necesario que la señal se aplica a el borne inversor, que está marcado por el signo - (menos). El diagrama de un amplificador es la siguiente:
Observamos que la configuración es del tipo de lazo cerrado, que se dice lazo cerrado cuando parte de la señal de salida es reconducido en la entrada, es decir, tiene una retroalimentación o reacción; en nuestro caso la reacción es de tipo negativo, ya que la señal se muestra en el borne inversor. En el esquema ve es la tensión aplicada en la entrada, vs es la tensión obtenida en la salida; R1 y R2 son dos resistores conectados en serie, a fin de formar un divisor. En la práctica, la tensión aplicada al borne inversor no es ve pero v1, es decir, la tensión entre el borne inversor y masa. Pero v1 es una muy pequeña tensión se compara con la vi y la vs, entonces podemos asumir v1 » 0. Además, ie es la corriente de entrada, que circula en R1; i2 es la corriente que fluye en R2 . Puesto que el amplificador operacional tiene una ganancia alta, es decir, es suficiente una pequeña corriente o tensión de entrada para ponerlo en la saturación, podemos suponer que la corriente absorbida por el operacional no es nada, y luego i1» i2. En última instancia debido a que el borne inversor no tiene tensión y la corriente cero, se dice que hay una masa virtual.
Para calcular, entonces, la ganancia tensión Av que es:
AV = vs
ve
es decir, la relación entre la tensión de salida y la tensión de entrada, primero calculamos:
ve = R1 i1
y luego:
vs = - R2 i2
Donde el signo - tiene en cuenta que la tensión de salida es esfasada de 180° con respecto a la entrada. Obtenemos:
Av = vs = - R2 i2 = - R2 .
ve R1 i1 R1
En última instancia en la configuración de la inversión de la ganancia de tensión es:
Av = - R2 .
R1
es decir, es igual a la relación entre R2 y R1 signo cambiado. El signo menos tiene en cuenta el desfasamiento entre la tensión de entrada y la tensión de salida.
Un amplificador se dice no inversor cuando se aplica la señal en entrada al borne no inversor, por lo tanto, la señal de salida está en fase con la señal de entrada. El esquema es el siguiente:
Observamos, que a fin de evitar que el amplificador entra en saturación, es necesario realizar una reacción de un tipo negativo, con el fin de reducir la ganancia general del amplificador. Los resistores R1 y R2 constituyen un divisor de tensión, e informan y reconducen en entrada una parte de la tensión de salida La reacción es de un tipo negativo, porque esta tensión se reconduce en el borne inversor.
Para calcular la ganancia de tensión usando la siguiente fórmula:
Av
= vs = 1 + R2ve R1
donde Av es la ganancia de tensión, que se obtiene por la relación entre la tensión de salida vs y la tensión de entrada ve.
El diagrama de circuito de un seguidor de tensión es el siguiente:
El seguidor de tensión es un circuito que da el mismo valor de tensión de salida que recibe en la entrada. Se utiliza como un adaptador de impedancia. De hecho, tiene una alta resistencia de entrada, y esto significa que absorbe poca corriente en entrada; también tiene una resistencia de salida baja, y esto permite proporcionar una corriente de salida alta, y luego para conducir cargas diferentes. En la práctica, se utiliza como buffer. El buffer, en la práctica, es un dispositivo que almacena la señal recibida en la entrada, es decir, no cambia el valor de la señal, pero permite, dada su elevada corriente que puede producir una salida, para conducir diversos otros circuitos.
Desde el diagrama vemos que es un amplificador operacional en la configuración no inversora, cuya ganancia de tensión se calcula con la siguiente fórmula:
Av
= vs = 1 + R2ve R1
Sin embargo, puesto que R2 = 0 obtenemos:
Av
= vs = 1 + 0 = 1ve R1
es decir, Av =1, entonces la tensión de salida es igual en magnitud y fase a la tensión de entrada.
El circuito del sumador inversor es el siguiente:
Este circuito es capaz de hacer la suma de las tensiones aplicadas a la entrada, es decir, vs = v1 + v2, donde vs es la tensión de salida, v1 es la primera tensión, v2 es la segunda tensión. De hecho se aplican en el borne inversor simultáneamente dos señales, y recordando que el borne inversor se encuentra en la masa virtual, podemos decir que la señal de entrada v1 será amplificado del coeficiente - R/R1, es decir:
vs1
= - R v1R1
Donde vs1 es la tensión de salida debido a la única señal v1. Del mismo modo, se dice que la señal v2 será amplificada del coeficiente - R/R2, es decir:
vs2
= - R v2R2
donde vs2 es la tensión de salida debido a la señal sólo v2. Puesto que el amplificador operacional es lineal, podemos decir que la señal total en la salida será vs = vs1 + vs2. Si lo hacemos de manera que R1 = R2 = R, es decir, los tres resistores tienen el mismo valor que obtenemos:
vs = - R (v1 + v2) = - (v1 + v2)
R
Es decir, la salida es la suma de las dos señales aplicadas a la entrada, haciendo caso omiso de el signo. En consecuencia, el circuito podemos llamarlo un sumador inversor.
El diagrama de circuito de un circuito integrador es el siguiente:
Podemos notar la presencia del condensador C que devuelve atrás parte de la tensión de salida. En la práctica, el circuito funciona de la siguiente manera. A partir del instante inicial en el que el condensador es descargado, aplicamos en entrada una determinada tensión vi que encontramos en la salida desfasada y amplificada; ya que el borne inversor se encuentra en la masa virtual, que no absorbe corriente y su tensión con respecto a masa es cero, el condensador C se carga después de la vs, que es esfasada de 180° con respecto a ve pero a corriente constante; de hecho toda la corriente de entrada se ejecuta a través tanto de el resistor R que el condensador C, debido a que el borne inversor es masa virtual y no absorbe corriente. El tiempo durante el cual se está cargando el condensador es t = RC, es decir, alcanza la tensión de carga completa en el tiempo t, a condición de que la señal será constante hasta que se cargue. Sin embargo, para el correcto funcionamiento del circuito, se debe asegurar que el condensador no nunca cargas, es decir, la señal de entrada debe tener un período menor de t, de lo contrario, una vez cargado, el condensador actúa como un circuito abierto, que no absorbe corriente, por lo que tiene impedancia infinita, y la ganancia del amplificador operacional sería el máximo, porque es menos la reacción negativa del condensador, y por lo tanto el amplificador entra en saturación dejar de funcionar como un integrador. Si, por lo tanto, aplicamos una señal de entrada de tipo rectangular, como en el siguiente, que tiene un período T menor que t, obtenemos que vs = vc, de acuerdo con el siguiente diagrama:
El diagrama superior representa la señal de entrada, que es de tipo rectangular, y el inferior la señal de salida en régimen, que está descuidando el instante inicial. En la práctica a el instante
t = 0, el condensador es cargado a un cierto valor vs0; la señal vi, durante el medio ciclo positivo de la onda rectangular, hace que el condensador se carga con tensión negativa, por lo que la tensión del condensador se reduce, hasta el valor negativo máximo, lo que hemos dicho, debe estar por debajo de la saturación; ahora invirtiendo la señal de entrada, que pasa a ser negativo, el condensador se ve obligado a se descargar primero y luego para cargar con signo opuesto, que es positivo. Observamos que a partir de una forma de onda del tipo rectangular hemos obtenido una forma de onda del tipo triangular, de la misma frecuencia de la señal de entrada.Para evitar que el amplificador entra en saturación a bajas frecuencias, se pone en paralelo con el condensador C un resistor R2, de acuerdo con el siguiente esquema:
A partir del diagrama, podemos notar, que a bajas frecuencias, siendo el período de la tensión de entrada lo suficientemente largo, el condensador se carga hasta el valor máximo y luego no absorbe más corriente, y se comporta como una impedancia infinita, por lo tanto, la ganancia se convierte en:
Av
= - R2R1
Este tipo de integrador, es dijo integrador limitado.
COMPARADOR
Se dice comparador un circuito que compara dos señales aplicadas a las dos entradas, una de las cuales se toma como la tensión de referencia, es decir, para la comparación. La salida da un valor alto o un valor bajo, de acuerdo con el resultado de la comparación. El siguiente circuito es un comparador por cero:
El comparador por cero compara la tensión de entrada ve aplicada al borne inversor con la tensión cero aplicada al borne no inversor. Si ve es mayor que cero, la salida vs será negativa; si ve es menor que cero la salida vs será positiva. Tomamos nota de que, dado que no hay retroalimentación negativa, el amplificador operacional entra en saturación, ya sea positiva o negativa.
Los diagramas son los siguientes:
Para hacer un comparador con la tensión de referencia diferente de cero, sólo tiene que conectar un generador de tensión al borne no inversor, de acuerdo con el siguiente esquema:
en este diagrama se ve que la conmutación se produce cuando el ve es mayor o menor que la tensión de referencia vR, como vemos en los siguientes diagramas:
Este tipo de comparador es muy sencillo, sin embargo, tiene el inconveniente de ser muy sensible a las perturbaciones. Consideremos, de hecho, los siguientes diagramas:
podemos ver que la llegada de una perturbación en la ve varía ligeramente la tensión de entrada, dando un valor de salida de vs que no es el esperado. Para evitar este defecto se utiliza el comparador con histéresis.
El comparador con histéresis tiene una cierta zona de insensibilidad, conocido como histéresis. El circuito de un comparador con histéresis es el siguiente:
En este circuito, podemos señalar que la tensión de referencia VR está presente entre R1 y la masa, es decir, la tensión en el borne no inversor. Este tensión se obtiene a partir de la tensión de salida y reducir por medio de un divisor de tensión, constituido por los resistores R1 y R2. Para calcular VR, que es igual a V1, es decir, la tensión a los bornes de R1, que primero calculamos la corriente del divisor. Tomamos nota de que el borne no inversor no absorbe corriente, por lo que tiene nel divisor que I1 = I2 = IT
IT = Vcc
R1+R2
Donde R1+R2 representa la resistencia total del divisor. Luego de aplicar la ley de Ohm para R1 se obtiene que:
V1 = R1 I1 = Vcc R1
R1+R2
Entonces, cuando la tensión de salida es positiva, tenemos un cierto valor de referencia que llamamos VRA, es decir, la tensión de referencia en el nivel alto, que será:
VRA = Vcc R1
R1 + R2
Cuando, en cambio, la tensión de salida será negativa, tenemos una tensión de referencia negativa, es decir en el nivel bajo, a continuación,
VRB = - Vcc R1
R1 + R2
Tomando la diferencia entre las dos tensiones, se obtiene la amplitud de la histéresis VH, es decir, la diferencia entre VRA y VRB:
VH = VRA - VRB = 2 Vcc R1
R1 + R2
Los diagramas son los siguientes:
Podemos ver cómo la perturbación no afecta a la respuesta del comparador.
Para representar la característica de transferencia del comparador con histéresis, se utiliza el siguiente diagrama:
recuerdamos que la característica de transferencia es uno que representa en un diagrama la tendencia de la tensión de salida en comparación con la entrada. Las flechas obligan a la ruta.
2014
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