UNIDAD 3: CIRCUITOS ELECTRÓNICOS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES. UNIVERSIDAD ALONSO DE OJEDA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE COMPUTACION ASIGNATURA: ELECTRÓNICA UNIDAD 3: CIRCUITOS ELECTRÓNICOS CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES. PROFESOR: ING. GERARDO ALBERTO LEAL, MSC

Símbolo del OPAMP y sus elementos: El Amplificador Operacional (OPAMP) es una amplificador de gran ganancia, utilizado para realizar amplificación, conmutación, filtrado de señales, etc. en forma de circuito integrado. Sus diseños solo requieren cambiar los elementos externos tales como resistencias, condensadores, diodos, etc. Símbolo del OPAMP y sus elementos: Polarización Negativa -V Entrada Inversora v1 vo = A (v2 – v1) vo A = Ganancia Entrada No Inversora Salida v2 +V Polarización Positiva

MODELOS DE CIRCUITOS INTEGRADOS DEL OPAMP El OPAMP está compuesto internamente por muchos transistores encapsulados en Chips (Circuitos integrados). Ejemplo el modelo: LM741

Modelo eléctrico aproximado del amplificador operacional Resistencia de entrada Fuente de tensión Resistencia de salida - Los límites de saturación son los voltajes de alimentación (Vpos y Vneg ) - Av muy alta => Av → ∞ - Ri muy alta => Ri → ∞ V+ = V- - Ro muy baja => Ro → 0 Vo = Av(V+-V-) -v1 A (v2 – v1) +v2 Valor finito

Circuitos de Aplicaciones típicas de los OPAMP: Circuitos Amplificadores de Señal: Amplificador Inversor Amplificador No Inversor Circuitos Operadores de Señales Sumador Comparador Circuitos Convertidores de Señales Convertidores D/A Convertidores A/D Circuitos Filtros Activos Filtro Paso Bajo Filtro Paso Alto Filtro Paso Banda

Amplificadores de Señales con OPAMP: Amplificador Inversor Leyes de Kirchoff: Condiciones ideales: Función de transferencia:

Amplificadores de Señales con OPAMP: Amplificador Inversor Vo Vi A -A t Ejemplo 2: +Vcc -Vcc saturación Ejemplo 1:

Amplificadores de Señales con OPAMP: Amplificador No Inversor Leyes de Kirchoff: Condiciones ideales: Función de transferencia:

Amplificadores de Señales con OPAMP: Amplificador No Inversor saturación Vo Vi A -A t Ejemplo 2: Ejemplo 1: +Vcc -Vcc

Sumador Inversor de Señales con OPAMP:

Comparador de Señales con OPAMP:

El amplificador Operacional (OPAMP): Circuitos convertidores de Señal El convertidor Digital/Analogico (D/A), produce una salida igual a la suma ponderada de las entradas, donde el peso de cada entrada esta dado por la ganancia de cada canal. Tensión de 2 valores 5VDC –> 1 Lógico 0VDC -> 0 Lógico (Datos de 4 bits) v3 v2 v1 v0 Vout (V) 1 0,625 1,25 2,5 9,375 R0 = R0 / 20 = R0 /1 R1 = R0 / 21 = R0 /2 R2 = R0 / 22 = R0 /4 R3 = R0 / 23 = R0 /8 Rf = R3 (Resistencia mas baja de las entradas digitales)

Convertidor Analogico/Digital (A/D): El convertidor Analogico/Digital (A/D), produce un conjunto de salidas con solo dos niveles De voltaje (0 y 1), partir de un rango de voltajes a la entrada. Vref = 5VDC +V y –V = 5VDC Resolución = Vref / n+1 Donde n = bits de salida Resolución = 5 / 8 = 0,625 V 7 6 5 4 3 2 1 Vin (V) 0 a 0,625 0,625 a 1,25 1,25 a 1,875 1,875 a 2,5 2,5 a 3,125 3,125 a 3,75 3,75 a 4,375 4,375 a 5 (Datos de 7 bits)

Ejercicio Propuesto de Amplificadores:

Ejercicio Propuesto Convertidores A/D y D/A:

Concepto de Filtro Activo: Los filtros activos son circuitos electrónicos utilizados en sistemas de comunicaciones, conformados por resistencias, capacitores y amplificadores operacionales, con el propósito de impedir o permitir el paso de señales a determinados valores o rangos de frecuencias. f1 = (10Khz) f2 = (5Khz) f0 = (5Khz) Filtro Activo

Respuesta Ideal de un Filtro Activo: Es la representación grafica de la ganancia de voltaje del filtro (Av) en función de la frecuencia (f). Av f Rango de Frecuencias Permitidas El decibelio (dB): Debido a que Av puede tener valores muy grandes y muy pequeños, en la grafica de respuesta se utiliza una escala logarítmica para representar a Av, con una unidad llamada el Belio. El submúltiplo de esta unidad utilizado en la mayoría de los sistemas es el Decibelio (dB), que corresponde a una decima parte del Belio. El dB, es la unidad típica para representar las relaciones de ganancia de voltaje y potencia: 1dB = 10 Log Ap 1dB = 20 Log Av, donde la Av = Vo/Vi, donde Vo es el voltaje de salida y Vi el de entrada

Tipos de Filtros Activos: Filtro Paso Bajo: Permite el paso de señales cuyas frecuencias estén comprendidas desde 0 hasta una frecuencia de corte fc y bloquea todas las frecuencias por encima de dicha fc. dB f (Hz) Banda Pasante fc Banda Eliminada Filtro Paso Alto: Permite el paso de señales cuyas frecuencias estén comprendidas por encima de una frecuencia de corte fc y bloquea todas aquellas que estén entre 0 y dicha frecuencia de corte. dB f (Hz) Banda Pasante fc Banda Eliminada

Tipos de Filtros Activos: Filtro Paso Banda: Permite el paso de señales cuyas frecuencias estén comprendidas por encima de una frecuencia de corte inferior fc1 y por debajo de una frecuencia de corte superior fc2, bloqueando las frecuencia fuera de este rango. Este tipo de filtros se utiliza para sintonizar una señal en sistemas de radiofrecuencia o de televisión. dB f (Hz) Banda Pasante fo Banda Eliminada fc1 fc2 fc1 Frecuencia corte inferior fc2 Frecuencia corte superior fo Frecuencia central operación

Parámetros de un Filtro Paso banda:

Concepto de Atenuación: Este parámetro se utiliza para establecer la cantidad de pérdida de señales cuando pasan por un filtro. Con una tensión de entrada constante, la atenuación se define como la tensión de salida a cualquier frecuencia, dividida entre la tensión de salida para las frecuencias medias. Establece la respuesta que define el comportamiento del filtro real, en relación al filtro de respuesta ideal. Av f Rango de Frecuencias Permitidas Puntos de Atenuación Vo Vo’ AT = -20 log (Vo’ / Vo)

Circuitos de Filtros Activos:

Circuitos de Filtros Activos:

Circuitos de Filtros Activos:

Ejercicios de Filtros Activos: