AOs con realim. positiva

Presentación del tema: "AOs con realim. positiva"— Transcripción de la presentación:

1 AOs con realim. positiva
Realimentación negativa vs. positiva Realimentación negativa Estable Hemos visto cómo la realimentación negativa servía para construir en la práctica amplificadores, insensibilizando la ganancia del amplificador realimentado frente a la ganancia del amplificador básico. El caso que nos ocupa ahora es totalmente distinto y consiste en la explotación deliberada de esquemas con realimentación positiva. Para centrar la visión, comparemos el comportamiento entrada-salida de un AO realimentado negativa y positivamente mediante una red puramente resistiva (realimentación en DC, no selectiva en frecuencias). Sabemos que ese amplificador deberá tener alta ganancia, una alta resistencia de entrada (infinita) y una baja resistencia de salida (0). Además, su comportamiento lineal en cadena abierta estará limitado a unos determinados valores (+Esat+, -Esat-), limitados en última instancia por las tensiones de alimentación que se usan para polarizar adecuadamente los transistores que lo forman. Si aplicamos realimentación negativa para construir un amplificador lineal, si la ganancia del AO (A) es suficientemente alta, la ganancia entrada-salida está fijada como la inversa del factor de realimentación b. Este comportamiento se mantendrá si el AO es capaz de operar linealmente y por tanto queda limitada al valor máximo de la tensión de salida (saturación positiva) y mínimo de la tensión de salida (saturación negativa). Si aplicamos realimentación positiva, si bien matemáticamente con este modelo tan simplificado podríamos pensar que la ganancia del amplificador realimentado tendería a +1/b si la ganancia del lazo es suficientemente grande (Ab), esto es sólo matemáticamente, porque el sistema se hace inestable. Inestable Realimentación positiva

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Realimentación negativa vs. positiva Realimentación negativa Estable Polo en SI Polo en SD Esto último se puede comprobar muy fácilmente recurriendo a un modelo de un solo polo para el AO cuando opera en su zona lineal. Nótese que, al aplicar realimentación positiva, el polo del sistema realimentado está en el semiplano derecho si la ganancia A es grande (cosa que ocurre en la práctica). Eso quiere decir que, la operación del amplificador realimentado en la zona lineal conlleva inestabilidad y, por tanto, un comportamiento divergente que se verá limitado rápidamente a la saturación positiva o la negativa. Inestable Realimentación positiva

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Realimentación negativa vs. positiva Realimentación negativa Estable Zona de amplificación explotada en aplicaciones lineales Zonas de saturación explotadas en aplicaciones no lineales Inestable Realimentación positiva

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Biestables Comportamiento biestable: Debido al lazo de realimentación positiva (regenerativa), el circuito sólo tiene dos estados estacionarios estables  Tensión de salida saturada positiva o negativamente. La característica entrada-salida es multivaluada en un determinado rango  Ciclo de histéresis asociado al estado de equilibrio inestable (estado metaestable). El circuito tiene memoria  La salida en un instante está determinada por el valor de la entrada y el estado en el que se encuentra. En ausencia de entrada, el circuito mantiene indefinidamente el estado estable en el que se encuentre.  Comparador con histéresis en aplicaciones analógicas  Elemento básico de memoria en sistemas digitales

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Biestables El estado de salida depende de su historia previa Activación inicial a la observación Para la figura de la izquierda, si comenzamos a observar la salida a partir de t=0, realmente la salida vo sería la tensión de saturación positiva o la negativa dependiendo de la memoria previa. Hasta el instante en el que vi no supera el valor inferior de la histéresis (vi < -bEsat-) las dos posibilidades [(a) y (b)] no llevarían necesariamente a la saturación positiva. Esto es lo mismo que decir que vi actúa como señal de disparo para que la salida evolucione necesariamente al valor de saturación positiva. Una vez que esto ocurre, se mantendrá la salida hasta que se vuelva a disparar vi a un valor > +bEsat+. Señal de activación (disparo)

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Biestables Abajo  Histéresis sin inversión basada en un esquema similar a la configuración inversora, pero con realimentación positiva en DC.

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Aplicación en comparadores Comparador básico: Amplificador en cadena abierta Comparador con histéresis: Disparador de Schmitt Las tensiones de entrada que determinan el rango de definición de la histéresis se pueden fijar a partir del cociente de resistencias.

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Astables Comportamiento astable: Biestable + red RC T El esquema mostrado utiliza un comparador con histéresis y una red RC para generar señales cuadradas. Nótese que v+ está determinada como una fracción de la salida, que sólo puede operar entre saturación positiva y negativa debido a la realimentación positiva. v- viene dada por la ecuación diferencial de 1er orden que relaciona la tensión en el condensador, la tensión de salida y la corriente en la conexión serie R-C. Según esa ecuación, el condensador tiende a cargarse a la tensión de salida de forma exponencial y con constante de tiempo dada por RC. Si asumimos que la tensión de salida acaba de conmutar de –Esat- a +Esat+, eso implica que v+ cambia instantáneamente de valor y que v-=-bEsat- por continuidad de la tensión en el condensador. El condensador tenderá a cargarse a +Esat+, pero al alcanzar el valor +bEsat+ habremos llegado al otro extremo del ciclo de histéresis y conmutará la salida … - De esta manera se obtienen señales periódicas cuadradas. Si Esat+=Esat-, la señal cuadrada generada tiene un duty-cycle del 50%. Se puede hacer que el generador tenga frecuencia variable si se usan diferentes condensadores (normalmente por décadas) y R se sustituye por un potenciómetro (para tener ajuste fino dentro de cada década). Se podrían obtener señales triangulares si se hace b muy pequeño (aproximación lineal de la exponencial). No obstante, la señal presentará distorsión.

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Astables ASTABLE ? ? Nótese que el comportamiento astable se puede comprender también de forma gráfica caracterizando el resistor no lineal (lineal a tramos) que se conecta con el condensador. La parte superior de la transparencia muestra el caso estudiado en el que se emplea realimentación positiva en el opamp. La característica i-v que cierra el circuito con el condensador es la mostrada. Nótese que los puntos de equilibrio son fácilmente localizables (i=0 en el condensador en el equilibrio) y son visibles los dos puntos de equilibrio estables (Req>0 alrededor del cruce por i=0) pero virtuales, mientras que el único punto de equilibrio real es inestable (Req<0). En el caso mostrado en la parte inferior, análogo pero intercambiando los terminales de entrada del AO (es decir, realimentación negativa), el comportamiento que se obtiene al conectar el condensador es el de un biestable. Nótese que el hecho de introducir realimentación positiva hace que la característica i-v del resistor no-lineal sea multivaluada en un rango de tensiones de entrada (histéresis en la característica vo-vi). (Nota: el tramo central es inestable en la conexión independientemente del tipo de realimentación aplicada  tanto arriba como abajo). Una consideración final, que pretendemos recordar del tema de circuitos dinámicos de 1er orden, es que el comportamiento obtenido es función de la naturaleza del elemento dinámico al que estamos conectando la red resistiva. ¿Cuál sería el comportamiento de ambos esquemas si se conectara una bobina? (El de arriba sería biestable y el de abajo sería astable). BIESTABLE