CLASE IX (17/03/16): Seguimos con los amplificadores operacionales

[Dejamos pasar una sesión para hacer un control (14/03/16)]

Seguimos las clases con esta novena sesión, donde hablamos de los amplificadores operacionales.

Para empezar, recordamos que los amplificadores operacionales pueden encontrarse en tres zonas: zona lineal o zonas de saturación (negativa o positiva). Cuando se encuentra en zona de saturación, la Vo siempre será ±Vcc.

A continuación, vimos que el amplificador operacional puede usarse como comparador o en zona lineal.

Para que actúe como comparador, se conectará en la entrada inversora un potenciómetro (como divisor de tensión, ya que su resistencia es variable).

Y podemos dotar éste circuito con un display luminoso (LED) que nos anuncie si está en Vcc o -Vcc, ya que se se encenderá si está en +Vcc y no lo hará si está en -Vcc.

La ecuación V-I de un LED depende de diferentes factores y además, es exponencial. Así que, para evitar complicaciones, se trabajará con una aproximación: a partir de cierta tensión V_ɣ presentará una pendiente muy pronunciada. Éste factor V_ɣ depende del LED que usamos, pero normalmente oscila enre 1.9 y 2.1 V, por lo que cogeremos como referencia el valor de 2 V.

Aproximación respecto tensión V_ɣ

Así pues, analizaremos los circuitos en dos fases:

• LED como circuito abierto: Vo < V_ɣ  y Vo = Vg

• LED "en conducción" cuando I>0 y Vg > . En este caso se disipa potencia en forma de luz y calor, cosa que si sucede durante mucho tiempo puede dañar el dispositivo, y es por eso que el fabricante nos limita con una potencia máxima de 20 mW, lo cual nos permite trabajar con I < 10 mA, corriente que nos permite calcular el valor de R para evitar éste daño.

Hasta ahora, hemos visto el funcionamiento del amplificador operacional con ±Vcc, pero también nos podemos encontrar con amplificadores operacionales con alimentación unipolar, pero con la restricción de que V+ y V- deben ser positivas. Por lo tanto, la función salida ya no contiene la función sgn, sinó la función escalón u.

Amplificador operacional con alimentación unipolar

Como ambas entradas deben tener tensiones positivas, si una entrada contiene una fuente sinusoidal, debemos añadirle una componente contínua para conseguir que sea positiva (efecto que ya vimos en el laboratorio con el filtro paso alto).

El amplificador operacional en zona lineal es muy difícil encontrarlo ya que se trata de un rango muy pequeño ( ≈ 10^5). Sin embargo, al conectar la salida al circuito, logramos que V+ y V- entén en función de Vo y Vg.

Si conectamos la entrada inversora con una resistencia y creamos una conexión con una segunda resistencia y la salida Vo del amplificador operacional, obtenemos una amplificación de valor 1+R2/R1.

Para que se encuentre en esta zona, Vo debe ser menor que Vcc y Vo = Ao (V+ - V-). Esto significa que podemos aproximar Ao a infinito, haciendo que V+ - V- = 0, y entonces hablaríamos de un cortocircuito virtual.

A partir de esto, analizar circuitos ya no nos será difícil ya que podemos utilizar el método nodal modificado, con incógnitas V+ y V-.