Circuitos de amplificador operacional y análisis de circuitos

El circuito amplificador operacional es un potente tomaron en aplicaciones de circuitos modernos. Usted puede armar circuitos básicos del amplificador operacional para construir modelos matemáticos que predicen el comportamiento del mundo real compleja. Amplificadores operacionales comerciales entraron por primera vez al mercado como circuitos integrados a mediados de los años 1960 y principios de la década de 1970, que dominaron el mercado de los dispositivos activos en circuitos analógicos.

El propio amplificador operacional consiste en una compleja disposición de transistores, diodos, resistencias, condensadores y poner juntos y construido en un chip de silicio diminutos llamados un circuito integrado. Usted puede modelar el amplificador operacional con ecuaciones simples con poca preocupación por lo que está pasando en el interior del chip. Sólo necesita un poco de conocimiento básico de las limitaciones de las tensiones y corrientes en los terminales externos del dispositivo.

Cómo dibujar circuitos amplificador operacional

A diferencia de los condensadores, inductores y resistencias, amplificadores operacionales requieren energía para trabajar. Amplificadores operacionales tienen los siguientes cinco terminales principales, que se muestra aquí:

• El terminal positivo, llamado la entrada no inversora v_P

• El terminal negativo, llamado la entrada inversora v_N

• El terminal de salida, como resultado de la tensión aplicada entre no inversora y entradas inversoras: v_O = LA(v_P - v_N)

• Terminales de alimentación positivas y negativas, generalmente etiquetados como +V_CC y -V_CC y necesaria para el amplificador operacional funcione correctamente

  

Aunque muchos amplificadores operacionales tienen más de cinco terminales, los terminales no están normalmente se muestra simbólicamente. Además, para reducir el desorden cuando se está investigando un circuito amplificador operacional, las fuentes de alimentación no son por lo general muestran, tampoco.

Cuando las fuentes de alimentación no se muestran en un diagrama de un circuito amplificador operacional, no se olvide que las fuentes de alimentación proporcionan límites superior e inferior de la tensión de salida, que restringen su rango de tensión. Salvo poderes de otro mundo, no se puede conseguir más potencia de lo que usted provee.

El circuito amplificador operacional ideal y sus características de transferencia

Usted puede modelar el amplificador operacional con una fuente dependiente si necesita resultados precisos, pero el amplificador operacional ideal es lo suficientemente bueno para la mayoría de aplicaciones.

El amplificador operacional amplifica la diferencia entre las dos entradas, v_P y v_N, por una ganancia LA para darle una salida de tensión v_O:

La ganancia de voltaje LA para un amplificador operacional es muy grande - superior a 10⁵.

Cuando la tensión de salida es superior a la potencia suministrada, el amplificador operacional satura. Esto significa que la salida se recorta o al tope en los voltajes suministrados y puede aumentar más allá. Cuando esto sucede, el comportamiento del amplificador operacional ya no es lineal sino que opera en la región no lineal.

Usted puede ver esta idea aquí- el diagrama de la izquierda muestra la característica de transferencia, mientras que el diagrama de la derecha muestra la característica de transferencia ideal de un amplificador operacional con una ganancia infinita. El gráfico muestra tres modos de funcionamiento para el amplificador operacional.

Usted tiene regiones positivas y negativas saturados, que muestra las regiones no lineales y lineales. Si usted desea hacer señales más grande, que necesita para operar en la región lineal. Puede describir las tres regiones matemáticamente de la siguiente manera

Para realizar funciones matemáticas (como suma y resta), el amplificador operacional debe trabajar en modo lineal. Todos los circuitos del amplificador operacional se muestran aquí operan en la región activa lineal.

Modela un amplificador operacional con una fuente dependiente

Si necesita resultados precisos, se puede modelar el amplificador operacional con una fuente dependiente de tensión controlada, como la que se muestra aquí. Este modelo consiste en una gran ganancia A, una gran resistencia de entrada R_yo, y una pequeña resistencia de salida R_O. La tabla muestra los valores ideales y típicas de estas propiedades del amplificador operacional.

Alta amplificación (o ganancia) hace que el análisis más simple, lo que le permite no preocuparse por lo que está pasando en el interior del amplificador operacional. Mientras el amplificador operacional tiene una alta ganancia, los circuitos de matemáticas op amp funcionarán. Resistencia de entrada de alta dibuja poca corriente desde el circuito de fuente de entrada, aumentando la vida de la batería para aplicaciones portátiles. Resistencia baja o sin salida ofrece la máxima tensión a la carga de salida.

La fuente de corriente dependiente de la tensión controlada se muestra aquí también. La salida está restringido entre las tensiones positivas y negativas cuando el amplificador operacional está operando en la región lineal.

Examinar las ecuaciones fundamentales para el análisis de circuitos ideales op amp

Las propiedades ideales de un amplificador operacional producen dos ecuaciones importantes:

Estas ecuaciones hacen analizar op amperios en un instante y le proporcionará información valiosa sobre el comportamiento del circuito. ¿Por qué? Debido a la retroalimentación de los terminales de salida a una o ambas entradas asegura que v_P y v_N son iguales.

Para obtener la primera restricción, considere la posibilidad de que la región lineal de un amplificador operacional se rige por cuando la salida está limitado por las tensiones de alimentación de la siguiente manera:

Puede reorganizar la ecuación para limitar la entrada v_P - v_N:

Para un amplificador operacional ideal, el aumento de LA es infinito, por lo que la desigualdad se convierte en

Por lo tanto, el amplificador operacional ideales (con ganancia infinita) debe tener esta restricción:

Un amplificador operacional con ganancia infinita siempre tendrá la no inversora y los voltajes inversoras iguales. Esta ecuación se vuelve útil cuando se analiza una serie de circuitos de amplificadores operacionales, como el amplificador no inversor, el inversor, el verano y restador.

La otra ecuación importante amplificador operacional echa un vistazo a la resistencia de entrada R_yo. Un amplificador operacional ideal tiene resistencia infinita. Esto implica que no hay corrientes de entrada pueden entrar en el amplificador operacional:

La ecuación dice que los terminales de entrada del amplificador operacional actúan como circuitos abiertos.

Es necesario conectar el terminal de salida al terminal inversor para proporcionar retroalimentación negativa con el fin de hacer que el amplificador operacional. Si se conecta la salida hacia el lado positivo, usted está proporcionando retroalimentación positiva, que no es bueno para un funcionamiento lineal. Con comentarios positivos, el amplificador operacional sería bien saturar o provocar su salida a someterse a oscilaciones.