TRABAJO de INVESTIGACIÓN Nº1: CARACTERÍSTICAS DE LOS
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
JULIAN ANDRES GONZALEZ SERRANO
ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA JULIO GARAVITO
FACULTAD DE INGENIERIA BIOMEDICA
ELECTRONICA ANALOGA 2
BOGOTA
2021
TRABAJO de INVESTIGACIÓN Nº1: CARACTERÍSTICAS DE LOS
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
JULIAN ANDRES GONZALEZ SERRANO
Trabajo de investigación
Giovanny Aldemar Baquero Rozo
ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA JULIO GARAVITO
FACULTAD DE INGENIERIA BIOMEDICA
ELECTRONICA ANALOGA 2
BOGOTA
2021
Contenido
1_ Impedancia de entrada. ........................................................................................................... 4
2_ Impedancia de Salida. .............................................................................................................. 4
3_ Corrientes de polarización: Ibias, Ioffset.................................................................................. 4
4_ Voltaje de Offset. ..................................................................................................................... 4
5_ Voh, Vol. ................................................................................................................................... 4
6_ CMRR (Relación de rechazo en modo común). ........................................................................ 5
7_ Tiempo de respuesta (tr). ......................................................................................................... 5
8_ AB (Ancho de banda de ganancia unitaria). ............................................................................. 5
9_ Slew rate (Sr). ........................................................................................................................... 6
1_ Impedancia de entrada.
En un amplificador operacional (Amp op) ideal la impedancia de entrada es infinita [1].
2_ Impedancia de Salida.
En un amplificador operacional (Amp op) ideal la impedancia de salida es igual a cero [1].
3_ Corrientes de polarización: Ibias, Ioffset.
Para que un Amp op funcione este debe ser alimentado por dos corrientes (independiente del
hecho que la impedancia de entrada de un Amp op es infinita), denominadas corrientes de bias,
simbolizadas por 𝐼𝑏1 e 𝐼𝑏2 y conectadas a los terminales de entrada del Amp op. La diferencia
entre las corrientes de bias se llama corriente de desnivel de entrada (𝐼𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 ) y está dada por:
𝐼𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 = 𝐼𝑏1 + 𝐼𝑏2
La magnitud de la corriente de offset se ve afectada por la temperatura a la cual opera el transistor,
y la principal implicación de dicha corriente es un aumento del voltaje de salida del Amp op. Para
compensar este aumento en el voltaje de salida, se conecta una resistencia en serie a la entrada no
inversora del Amp op [1].
4_ Voltaje de Offset.
Es el voltaje de magnitud y polaridad apropiada que se aplican en los dos terminales del Amp op
para que el voltaje de salida sea igual a 0. Dicho voltaje se puede ver afectado por la temperatura
a la cual opera el transistor, este parámetro se puede encontrar en la hoja de datos del Amp op.
El efecto del voltaje de offset (𝑉𝑜𝑠 ) es sencillo de analizar:
•
•
Si el voltaje de offset es mucho mayor al voltaje de entrada del Amp op no se podría
determinar si la salida se debe al voltaje de entrada o al voltaje de offset.
Si el voltaje de offset es mucho menor al voltaje de entrada del Amp op las variaciones a
la salida del Amp op seria despreciables [2].
5_ Voh, Vol.
Una de las aplicaciones de los amplificadores operacionales es el multivibrador astable que genera
una onda cuadrada periódica entre dos estados (Voh y Vol). Dicho circuito se puede construir a
partir de un disparador Shimitt (circuito con dos estados) que tienen una realimentación por la red
RC. En la figura 1 se muestra un ejemplo de un multivibrador astable con un Amp op.
Figura 1. Esquema de un multivibrador astable con un Amp op.
Figura 2. Análisis temporal de un multivibrador astable con un Amp op.
Y en la figura 2 observamos un análisis temporal del circuito de la figura uno del cual podemos
destacar que Voh y Vol son la magnitud de voltaje de los dos estados en los que conmuta el
multivibrador astable y que el tiempo de conmutación esta dado por la relación [3]:
𝑡 = 𝑅𝐶
6_ CMRR (Relación de rechazo en modo común).
Un amplificador en gran medida responde a un diferencia de voltaje en la entradas y no a la
magnitud del voltaje que hay en cada una de ellas. Esta característica se conoce como razón de
rechazo en modo común, se define como la razón entre la ganancia en modo diferencial y la
ganancia en modo común de un Amp op, y está dada por:
𝐴𝑝 + 𝐴𝑛
2
𝐶𝑀𝑅𝑅 = 20log |
|
𝐴𝑝 + 𝐴𝑛
Donde:
•
•
•
CMRR esta dado en decibelios.
𝐴𝑝 es la ganancia debido al voltaje absoluto en la entrada no inversora del Amp op.
𝐴𝑛 es la ganancia debido al voltaje absoluto en la entrada inversora del Amp op [4].
7_ Tiempo de respuesta (tr).
Es el tiempo que le toma al Amp op para que su voltaje de salida pase del 10% al 90% se su valor
final [2].
8_ AB (Ancho de banda de ganancia unitaria).
El ancho de banda de ganancia unitaria se simboliza comúnmente como B y determina la
frecuencia en la cual la ganancia del amplificador operacional (Amp op) es igual a 1, y es usada
para predecir la respuesta del Amp op a las altas frecuencias.
A continuación, se explican 2 formas de calcular este parámetro a partir de la hoja de datos del
Amp op:
1. En la gráfica de ganancia de voltaje de circuito abierto vs frecuencia, se identifica la
frecuencia a la cual la ganancia es igual a 1.
2. Si en la hoja de datos se suministra un parámetro denominado ‘tiempo de subida de
respuesta transitoria’, se puede calcular B a partir de la siguiente expresión [2]:
𝐵=
0.35
tiempo de subida de respuesta transitoria
9_ Slew rate (Sr).
El limite de pendiente de salida (Sr) es la máxima pendiente a la cual puede cambiar el voltaje
de salida en un Amp op y es causado por:
•
•
La limitante por saturación de la etapa diferencial en el Amp op
Y la compensación típica por polo dominante
Este limite afecta la amplitud máxima de señales con frecuencia muy altas y las respuestas que
requieren un cambio muy brusco a la salida. La máxima amplitud de señales de salida que no se
vean afectadas por Sr se modela como [4]:
𝑉𝑜 𝑚𝑎𝑥 ≤
𝑆𝑟
2𝜋𝑓
Referencias
[1] A. S. Cedra y K. C. Smith, circuitos microelectronicos, Mexico, D. F., 1998.
[2] R. F. Coughlin y F. F. Driscoll, amplificadores operacionales y circuitos integrados no
lineales, PRESENCE-HALL HISPANOAMERICANA, S.A., 1993.
[3] «Electrónica Unicrom,» [En línea]. Available: https://unicrom.com/multivibrador-astablegeneradores-de-senal/. [Último acceso: 11 Enero 2021].
[4] J. M. Drake Moyano, «INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES,»
Santander, 2005.