Electronica #2 tarea#3
- 1. ELECTRÓNICA II Alumno: Saúl Alejandro Rodríguez López Matricula: 2035355 Programa Educativo: Ing IMTC Profesor: Alejandro Pérez González Grupo: 012 Tarea #3 Fecha de Elaboracion: 20 -02-2022 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA SEMESTRE ENERO-JUNIO 2022
- 2. Saturacion Si a un Amplificador Operacional típico configurado como amplificador, le introducimos una dada señal de entrada, a la salida obtendremos (idealmente) la misma señal multiplicada por la ganancia. Pero esta salida no podrá tomar cualquier valor, sino que está limitada por la tensión con la que se alimenta, típicamente el 90% del valor de la misma. Cuando la salida alcanza este valor, se dice que está saturado, pues ya no está amplificando. Ejemplo: Si a un AO (Amplificador operacional) de ganancia 100.000 le introducimos una señal de entrada de 1 voltio, se ve fácilmente que no tendremos 100.000 voltios a la salida, sino que estará limitada por la tensión de alimentación, como se mencionó anteriormente. Un concepto asociado a este es el Slew rate RESISTENCIA DE ENTRADA Y SALIDA La resistencia de entrada del amplificador operacional ideal es infinita. Sin embargo, la resistencia de entrada a un circuito compuesto por un amplificador operacional ideal conectado a componentes externos no es infinita. Depende de la forma del circuito externo. Ya que la resistencia de entrada, Ren, es infinita, la corriente en cada entrada, inversora y no inversora, es cero. Además el hecho de que la ganancia de lazo abierto sea infinita hace que la tensión entre las dos terminales sea cero, como se muestra a continuación: muestra el mismo circuito reorganizado para simplificar el análisis. Tenga en cuenta que hemos adjuntado una fuente de voltaje de "prueba" a la entrada para calcular la resistencia equivalente. Dado que el circuito contiene una fuente de voltaje dependiente, no podemos encontrar la resistencia de entrada simplemente combinando resistencias. En cambio, encontramos la resistencia de entrada reemplazando la fuente de señal de entrada y su resistencia asociada con una fuente de prueba de voltaje especificado, vprueba, y luego calcule la corriente entregada por la fuente de prueba al circuito, iprueba. Alternativamente, podríamos usar una fuente de prueba actual, iprueba, y resolver el voltaje entregado al circuito, vprueba. Usando cualquiera de las técnicas, podemos calcular la resistencia a partir de la ley de Ohm.
- 3. En el modelo ideal la salida Vo es independiente de la carga ya que en RL siempre vamos a tener AVi lo que nos quiere decir que la Ro del amplificador es nula. El modelo más preciso sería considerar un equivalente Thevenin de VTH= AVi y una RTH= Ro en serie. Dependiendo de los valores de Ro la descripción dada por el caso ideal será más o menos adecuada. En los amplificadores reales el valor de Ro suele ser del orden de las decenas de ohmios, en el peor de los casos puede alcanzar el valor de algún centenar de ohmios. El valor real de Ro dependerá del modelo de amplificador. En los catálogos aparecen los valores máximos de Ro. Vamos a tratar ahora la importancia que pueda tener el hecho de que Ro no sea nulo. Si nos fijamos en la figura adjunta, Ro introduce un divisor de tensión en donde En esta expresión si Ro=0 entonces obtenemos el caso ideal Vo=AVi también si RL>>Ro ocurre lo mismo ya que Ro+RL es RL y por tanto de nuevo obtenemos que Vo=AVi. El problema, pues, aparece cuando Ro y RL son comparables en cuyo caso nos encontramos con el caso real, en el que la salida queda muy por debajo de la ideal. Por ejemplo, si suponemos que Ro=RL la salida Vo tendría un valor que sería la mitad del ideal. Por ello, nos vamos a replantear el modelo estudiando cómo se modifica la expresión de la ganancia al tener una Ro. Consideremos un amplificador inversor ideal al que le añadimos externamente y en serie una resistencia Ro para tener en cuenta su carácter real.
- 4. Cuando se aplica una señal a la entrada, la ganancia es el cociente entre la tensión de salida Vs y la de entrada Ve que tiene el amplificador operacional cuando no existe ningún lazo de realimentación entre la salida y alguna de las dos entradas. Ver el diagrama. La ganancia del amplificador en lazo abierto está dada por la siguiente fórmula: AV = Vs / Ve GANANCIA DE TENSIÓN EN LAZO ABIERTO Vs = Av (V1 – V2). En un amplificador operacional ideal, esta ganancia es infinita. Sin embargo, cuando el operacional es real, su ganancia está entre 20,000 y 200,000 (en el amplificador operacional 741C). Este tipo de configuración se utiliza en comparadores, donde lo que se desea es, saber cual de las dos entradas tiene mayor tensión, de ahí su nombre, amplificador diferencial. La señal de salida Vs del amplificador diferencial ideal debería ser: En la realidad, no es así ya que la salida depende de la tensión diferencial (Vd) y del nivel medio llamado señal en modo común (Vc), o sea: Vd = V1 -V2; y Vc = 1/2 (V1 + V2). es la pequeña cantidad de corriente que atraviesa las conexiones de entrada del amplificador operacional para polarizar adecuadamente los circuitos internos. El problema que puede causar es la falta de una ruta de retorno a la fuente del sensor para esta corriente, ya que las corrientes de polarización de entrada inversoras y no inversoras del amplificador operacional tienden a dirigirse hacia el mismo lugar, ya sea hacia adentro del amplificador operacional o hacia afuera de él. A continuación se muestra el esquema de un amplificador diferencial, que está presente en la totalidad de los operacionales que hagan uso de esta tecnología (transistores bipolares). CORRIENTE DE POLARIZACIÓN DE ENTRADA Está corriente está causada por las betas diferentes de los amplificadores de entrada (todos los AO tienen un amplificador diferencial de entrada). Los operacionales que usan JFET consumen del orden de pico amperios.
- 5. El factor de rechazo al modo común (o CMRR, de las siglas en inglés Common Mode Rejection Ratio) es uno de los parámetros de un amplificador operacional u opamp, (en inglés Operacional Amplificar). En un conjunto de opamp's configurados como amplificador de instrumentación, cuando el voltaje 1 son iguales, existe una pequeña señal de salida, cuando lo ideal sería que esta fuera cero. La CMRR es una medida del rechazo que ofrece la configuración a la entrada de voltaje común. El CMRR es positivo y se mide en decibelios. Se define por la siguiente ecuación: RELACIÓN DE RECHAZO EN MODO COMÚN CMRR Para señales analógicas, el ancho de banda es la longitud, medida en hercios (Hz), de la extensión de frecuencias en la que se concentra la mayor potencia de la señal. Se puede calcular a partir de una señal temporal mediante el análisis de Furrier. Las frecuencias que se encuentran entre esos límites se denominan también frecuencias efectivas. Figura 1. El ancho de banda viene determinado por las frecuencias comprendidas entre f1 y f2. Así, el ancho de banda de un filtro es la diferencia entre las frecuencias en las que su atenuación al pasar a través de filtro se mantiene igual o inferior a 3 dB comparada con la frecuencia central de pico (fc) en la Figura 1. La frecuencia es la magnitud física que mide las veces por unidad de tiempo en que se repite un ciclo de una señal periódica. Una señal periódica de una sola frecuencia tiene un ancho de banda mínimo. En general, si la señal periódica tiene componentes en varias frecuencias, su ancho de banda es mayor, y su variación temporal depende de sus componentes frecuenciales. Generalmente el término ancho de banda es confundido con velocidad de transmisión de datos, que es la velocidad de dígitos binarios transmitidos y se da en bits por segundo (bps). Es necesario aclarar que el ancho de banda no representa la frecuencia máxima de la señal, sino el rango de frecuencias del cual se concentra la mayor potencia de la misma. Normalmente las señales generadas en los sistemas electrónicos, ya sean datos informáticos, voces, señales de televisión, etc., son señales que varían en el tiempo y no son periódicas, pero se pueden caracterizar como la suma de muchas señales periódicas de diferentes frecuencias. ANCHO DE BANDA
- 6. En electrónica el Slew Rate (SR) es un efecto no lineal en los amplificadores. Representa la incapacidad de un amplificador para seguir variaciones rápidas de la señal de entrada. Se le define como la máxima tasa de cambio en el voltaje de salida cuando el voltaje de entrada cambia. El slew rate de un amplificador se define como el rango máximo de cambio de la tensión de salida para todas las señales de entrada posibles, por lo que limita la velocidad de funcionamiento, es decir la frecuencia máxima a la que puede funcionar el amplificador para un nivel dado de señal de salida. Según su definición, el SR es: SLEW RATE Si la señal es senoidal, podemos relacionar el valor máximo de tensión a la salida con la frecuencia máxima de operación del amplificador simplemente usando: En electrónica, el Factor de Rechazo a Fuente de Alimentación (o PSRR, de las siglas en inglés Power Supply Rejection Ratio) es un término ampliamente utilizado en electrónica de amplificadores (especialmente amplificadores operacionales) o en hojas de datos de reguladores de voltaje; usado para describir la cantidad de ruido de una fuente de alimentación que un dispositivo en particular puede rechazar. El PSRR se define como la relación entre el cambio en la tensión de alimentación a la tensión de entrada equivalente (diferencial) que se produce en el amplificador operacional, a menudo expresada en decibelios.1 2 3Un amplificador operacional ideal tendría un valor de PSRR infinito. La tensión de salida dependerá del circuito de realimentación, como es el caso de tensiones de offset de entrada regulares. Pero la prueba no se limita a DC (frecuencia cero); a menudo un amplificador operacional también tendrá su PSRR dado en varias frecuencias (en cuyo caso la relación es uno de los valores eficaces de las amplitudes de las ondas senoidales presentes en la fuente de alimentación comparadas con la salida, teniendo en cuenta la ganancia). RAZÓN DE RECHAZO DEL SUMINISTRO DE ENERGÍA El Slew Rate se suele expresar en unidades de V/μs. Para un amplificador operacional 741 la máxima velocidad de respuesta es 0,5 V/μs. , y para el OP-07 es de 0,3V/μs, lo que quiere decir que el voltaje de salida cambiará a una razón máxima de 0,5 V en 1µs y 0,3 V en 1µs respectivamente. La razón de la limitación del SR es el condensador de compensación que usa internamente el amplificador para corregir ciertas características de la respuesta en frecuencia. Se puede analizar que la relación aproximada entre el slew-rate, la capacidad de dicho condensador y la corriente máxima que puede suministrar el operacional viene dada por:
- 7. Es la diferencia de tensión que se obtiene entre los dos pines de entrada cuando la tensión de salida es nula, esta tensión es cero en un amplificador ideal lo cual no se obtiene en un amplificador real. Esta tensión puede ajustarse a cero por medio del uso de las entradas de offset (solo en algunos modelos de operacionales) en caso de querer precisión. El offset puede variar dependiendo de la temperatura (T) del operacional como sigue: TENSION OFF SET Donde T0 es una temperatura de referencia. Un parámetro importante, a la hora de calcular las contribuciones a la tensión de offset en la entrada de un operacional es el CMRR (Rechazo al modo común). En audio, para que sea un equipo de calidad debe cubrir al menos el margen de las audiofrecuencias (20-20.000 Hz). Por el mismo motivo, cuanto mayor sea la respuesta en frecuencia de un equipo, más calidad tendrá el sonido final. Así, a los nuevos formatos de audio digital que sobrepasan sobradamente este margen (SACD, 20-100 kHz y DVD-Audio, 20-80 kHz) se los cataloga como formatos HI-FI (High Fidelity) "Alta Fidelidad". La respuesta en frecuencia de cualquier sistema debería ser plana, lo que significa que el sistema trata igual a todo el sonido entrante, con lo que nos lo devuelve igual. RESPUESTA EN FRECUENCIA
- 8. Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la entrada. Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevada, la de salida prácticamente nula, y es útil como un búfer, para eliminar efectos de carga o para adaptar impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa) y realizar mediciones de tensión de un sensor con una intensidad muy pequeña que no afecte sensiblemente a la medición. VOLTAJE DE SALIDA colaboradores de Wikipedia. (2021, 3 diciembre). Amplificador operacional. Wikipedia, la enciclopedia libre. Recuperado 20 de febrero de 2022, de https://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional#Seguidor_de_voltaje_o_tensi%C3%B3n García, V. (2010, 9 noviembre). El Amplificador Operacional – Electrónica Práctica Aplicada. diarioelectronico. Recuperado 20 de febrero de 2022, de https://www.diarioelectronicohoy.com/blog/el-amplificador-operacional María D., L. T. L. E. D. J. (2020, 25 enero). Amp. operacional. Tensión, corriente de offset y corriente de polarización de entrada. TRESCIENTOS BAUDIOS. Recuperado 20 de febrero de 2022, de https://trescientosbaudios.blog/2020/01/24/amp-operacional-tension-corriente-de-offset-y- corriente-de-polarizacion-de-entrada/ colaboradores de Wikipedia. (2019, 31 agosto). Rechazo al modo común. Wikipedia, la enciclopedia libre. Recuperado 20 de febrero de 2022, de https://es.wikipedia.org/wiki/Rechazo_al_modo_com%C3%BAn colaboradores de Wikipedia. (2020, 28 febrero). Slew rate. Wikipedia, la enciclopedia libre. Recuperado 20 de febrero de 2022, de https://es.wikipedia.org/wiki/Slew_rate BIBLIOGRAFIAS