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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA EXTENSIÓN MATURÍN

CIRCUITOS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Docente: Ing. Cátedra: Electrónica III

Bachiller:

Semestre: Sección:

VII Nocturno - C

Maturín, Agosto del 2016

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ÍNDICE

pp 3

INTRODUCCIÓN DESARROLLO DIFERENTES TIPOS DE CIRCUITOS CON A.O CIRCUITO DIFERENCIAL CIRCUITO INTEGRADOR CIRCUITO COMPARADOR CIRCUITO RECORTADOR CIRCUITO GENERADOR DE ONDA SENOIDAL CIRCUITO MONOESTABLE CIRCUITO BIESTABLE CIRCUITO ASTABLE

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CONCLUSIÓN

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BIBLIOGRAFÍA

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INTRODUCCIÓN Un Amplificador Operacional (AO) es un amplificador modular de multietapas con una entrada diferencial que se aproxima mucho en sus características a un amplificador ideal. Las propiedades asociadas con el amplificador ideal son, la ganancia infinita de voltaje, Impedancia de entrada infinita, Impedancia de salida cero, Ancho de banda infinito (no hay atraso de la señal a través del amplificador). El Amplificador Operacional es un circuito electrónico que ha ido evolucionando, sus características de versatilidad, uniformidad de polarización, propiedades notables y disposición en circuito integrado, convierten al mismo en un nuevo elemento electrónico capaz de intervenir en la conformación de circuitos analógicos de mayor complejidad. Los primeros amplificadores operacionales usaban el componente básico de su tiempo, la válvula de vacío. El uso generalizado de los Amplificadores Operacionales no comenzó realmente hasta los años 60, cuando empezaron a aplicarse las técnicas de estado sólido al diseño de circuitos amplificadores operacionales, fabricándose módulos que realizaban la circuitería interna del amplificador operacional mediante diseño discreto de estado sólido. Entonces, a mediados de los 60, se introdujeron los primeros amplificadores operacionales de circuito integrado. En unos pocos años los amplificadores operacionales integrados se convirtieron en una herramienta estándar de diseño, abarcando aplicaciones mucho más allá del ámbito original de los computadores analógicos.

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Circuitos Diferenciadores, Comparadores, Integradores, Recortadores, Generadores de Onda Senoidal, Monoestables, Biestables, y Astables, con Amplificador Operacional. Un circuito que dispone de dos señales de entrada (aplicadas a los terminales inversor y no inversor), produciendo una tensión de salida proporcional a la diferencia entre las tensiones de entrada, es conocido como Amplificador Diferencial. Un Amplificador Operacional, es un amplificador diferencial que tiene dos entradas, donde una entrada es inversora y la otra no inversora, y tiene una salida. Generalmente este amplificador electrónico tiene alta ganancia acoplado en corriente continua. En esta configuración, la salida del dispositivo es, miles de veces mayor que la diferencia de potencial entre sus entradas. Las características estáticas principales de un amplificador operacional se desarrollan, tomando en cuenta ciertos parámetros pues, uno de ellos es que la ganancia de lazo abierta elevada del orden de 105, que disminuye con la frecuencia. El producto ganancia-frecuencia es típicamente de 105 a 108 Hz. También. La Alta impedancia de entrada en el orden de 106  para amplificadores operacionales construidos a base de transistores bipolares y 1012  para los de transistores FET. Si el voltaje negativo es igual al voltaje positivo, Vo no es cero, sino que tiene un pequeño valor que se le conoce como voltaje de desviación cero (voltaje offset), el cual se debe a potenciales y corrientes internas del amplificador operacional que se encuentran desbalanceadas. Los terminales de entrada V- y V+, tienen corrientes de polarización externas diferentes que pueden producir desviación en el voltaje de salida Vo si las impedancias externas al amplificador son diferentes. Los voltajes de desviación internos y las corrientes de polarización son generalmente funciones de la temperatura, por lo que se hace necesario referirse a las hojas del fabricante para estimar cual va a ser la variación de las entradas y salidas, a partir de la información que se tenga sobre la variación de la temperatura. Los Amplificadores Operacionales, se pueden aplicar en distintos tipos de circuitos, tanto en circuitos diferenciadores, comparadores, integradores, recortadores, generadores de onda senoidal, monoestables, biestables, astables, etc. El Circuito Diferencial es un circuito que realiza la diferencia algebraica entre dos tensiones de entrada y utiliza la amplificación diferencial natural del amplificador operacional. Para realizar esta operación, las tensiones 5

se aplican a ambas entradas del amplificador operacional al mismo tiempo y la diferencia entre ellos se amplifica. Es decir, la tensión de salida es una constante multiplicada por la señal diferencial de entrada. Un Amplificador Operacional puede ser utilizado para determinar cuál de dos señales en sus entradas es mayor, Ese decir, se utiliza como comparador. Basta con que una de estas señales sea ligeramente mayor para que cause que la salida del amplificador operacional sea máxima, ya sea positiva o negativa. Esto se debe a que el operacional se utiliza en lazo abierto (tiene ganancia máxima). La ganancia de un amplificador operacional es de 200,000 o más y la fórmula de la señal de salida es: Vout = AOL (V1 – V2), donde Vout representa la tensión de salida, AOL la ganancia de amplificador operacional en lazo abierto (200,000 o más) y V1 y V2 las tensiones de entrada (las que se comparan). El Voltaje de salida no puede exceder la tensión de saturación del amplificador operacional, sea esta saturación negativa o positiva. Normalmente este valor es aproximadamente unos dos voltios menores que el valor de la fuente (V+ ó V-).

El

Circuito Integrador mientras tanto, es un circuito con un amplificador operacional que realiza la operación matemática de integración. El circuito actúa como un elemento de almacenamiento que produce una salida de tensión que es proporcional a la integral en el tiempo de la tensión de entrada. Un circuito integrador realiza un proceso de suma llamado integración. La tensión de salida del circuito integrador es proporcional al área bajo la curva de entrada (onda de entrada), para cualquier instante. Si se aplica una señal de entrada que cambia constantemente a la entrada de un amplificador integrador, por ejemplo una onda cuadrada, el condensador se cargará y se descargará en respuesta a cambios en la señal de entrada. Así, se crea una señal de salida en forma de diente de sierra, cuya frecuencia depende de la constante de tiempo RC de la combinación de la resistencia y el condensador.

De la misma forma, Existen circuitos recortadores o limitadores, que pueden ser utilizados con amplificadores operacionales, pues permiten, mediante el uso de resistencias, diodos y el amplificador operacional, eliminar tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto de un circuito. El amplificador operacional amplifica la porción de la 6

señal que se transmite, utilizando los limitadores discretos en el lazo de realimentación del amplificador operacional, donde el amplificador proporciona el nivel de comparación y el limitador determina los niveles de tensión de conducción o no conducción, es decir, los niveles de la salida del comparador en cada estado. Por otro lado, El amplificado Operacional, también forma parte de un circuito generador de señales senoidales, pues el conocido circuito generador de onda senoidal, es un oscilador RC de baja frecuencia, también denominado como Oscilador Puente de Wien. Un Oscilador de Puente de Wien, es un tipo de oscilador que genera ondas senoidales sin necesidad de ninguna señal de entrada. Las propiedades de selección de frecuencias del Puente de Wien son muy adecuadas para la red de realimentación de un oscilador. Este circuito se utiliza mucho en los instrumentos de laboratorio de frecuencia variable (generadores de señales). A diferencia del Oscilador por Corrimiento de Fase, tiene menos componentes y el ajuste de la frecuencia de oscilación es más fácil, motivo por el cual es más utilizado. El circuito básico consta de un amplificador operacional y el puente está compuesto por cuatro resistencias y dos condensadores. Hay una red de adelanto/atraso compuesta de dos redes RC, una serie y otra en paralelo. Para el análisis de este circuito se debe aplicar el criterio de oscilación para determinar la frecuencia y la condición de oscilación. El amplificador operacional puede ser también empleado en un circuito monoestable, biestable o astables. El monoestable es un circuito multivibrador que realiza una función secuencial consistente en que al recibir una excitación exterior, cambia de estado y se mantiene en él durante un periodo que viene determinado por una constante de tiempo. Transcurrido dicho período, la salida del monoestable vuelve a su estado original. Por tanto, tiene un estado estable (de aquí su nombre) y un estado casi estable. En un circuito monoestable, se genera un solo pulso de salida como respuesta a una señal de entrada, longitud del pulso de salida depende de las componentes externas, es decir las resistencias y capacitores que se encuentren conectados con el amplificador operacional. La duración del pulso de entrada, puede ser mayor o menor al pulso de salida esperado. El funcionamiento de este, se desarrolla cuando se aplica la tensión de alimentación (Vcc), pues los dos transistores iniciarán la conducción, ya que sus bases reciben un potencial positivo a través de las resistencias R-2 y R-3, pero como los transistores no serán 7

exactamente idénticos, por el propio proceso de fabricación y el grado de impurezas del material semiconductor, uno conducirá antes o más rápido que el otro. A diferencia del monoestable, El biestable es un tipo de multivibrador que solo posee dos estados operativos estables, en cada uno de los cuales puede permanecer por tiempo indefinido, por lo cual constituye un elemento de memoria. Forzosamente, el cambio del biestable de un estado a otro, precisa la aplicación de una señal externa (disparo) de características adecuadas, proveniente de un circuito adicional. Finalmente se tiene El circuito Astable, que también es conocido como circuito oscilador de onda cuadrada, y puede ser empleado, utilizando realimentación positiva y negativa a la vez en un amplificador operacional. En esencia el funcionamiento es el siguiente: por las propias asimetrías del circuito o del operacional, una de las entradas del operacional tendrá más tensión que la otra, lo que hará que en cuanto se conecte la alimentación entre en saturación. Si el A.O. está saturado positivamente, C1 se cargará a través de R3. Esta tensión de C1 se compara con la tensión en R2 (que es una fracción de Vs) de forma que cuando Vc llegue a igualar a la tensión en R2 el A.O. (comparador) se equilibrara Vs=0V con lo que aplica 0V al terminal no inversor y como en el inversor hay una tensión VC positiva el operacional satura inmediatamente a negativo, estableciéndose una proceso de descarga y carga en sentido contrario del condensador, hasta que VC llega de nuevo a igualar la tensión en R1, momento en que el comparador se equilibra de nuevo Vs=0V, y como consecuencia se comparan los 0V en la entrada no inversora con la tensión negativa de C1 en la inversora, lo que hace que el A.O. sature a positivo. Se inicia así un nuevo ciclo en el que se vuelve a repetir el proceso anterior y sucesivamente la Vs pasará de la saturación positiva a la negativa, con lo que la onda resultante será una onda cuadrada.

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Conclusión Un amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de manejo de señales normales o definidas por fabricantes. Estas señales, pueden ser manejadas por las configuraciones básicas de un amplificador operacional. Y por medio de Operaciones lógicas básicas. Gracias a todas sus aplicaciones, ya sea en diferentes tipos de circuitos como los mencionados, diferencial, integrador, comparador, generadores de onda, monoestables, biestables, astables, etc, En la actualidad, la utilidad de este es indispensable, ya que se usa para la fabricación de productos eléctricos. Ya sean electrodomésticos, computadoras, televisores, lavadoras. Por que se emplean también en cada una de ellas para su diseño, las operaciones básicas lógicas. Y que sin ellas no tendríamos el avance tecnológico que tenemos hoy en día y que seguiremos disfrutando.

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