Introducción Teórica:
Un amplificador de tensión se puede representar mediante el siguiente modelo:
A: Ganancia de tensión sin carga [Adimencional]
Ri: Impedancia de entrada [Ohms]
Ro: Impedancia de salida [Ohms]
Io = 0 [Amperes]
vo = A . vi [Volts]
Si se le coloca una resistencia de carga a la salida la corriente será distinta de 0, formando un divisor de tensión.
Resulta, entonces, la ganancia de tensión del sistema:
Como es fácil de observar si RL ► 0, entonces vo ► 0. De manera que si observamos al amplificador cargado como un sistema, podemos afirmar que su ganancia de tensión depende del valor de la carga.
Para distintos valores de RL se obtienen distintos valores de vo con vi constante.
La variación de tensión de salida debido a un incremento en la corriente de carga ΔIL es:
Al tomar una muestra de la tensión de salida Vo y reinyectarla en la entrada restandosela a la tensión de excitación Vs, se puede observar:
vi = vs - vf
siendo
vf = β . vo
tensión de realimentación.
β es el parámetro que define la "ganancia de tensión" de la malla de realimentación, en realidad es de una atenuación.
Distintos tipos de configuraciones:
Comparador
Esta es una aplicación sin la retroalimentación. Compara entre las dos entradas y saca una salida en función
de qué entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lógicos.
Seguidor
Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la entrada.
Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa)
Como la tensión en las dos patillas de entradas es igual: Vout = Vin
Zin = ∞
Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadísima, la de salida prácticamente nula, y puede ser útil, por ejemplo, para poder leer la tensión de un sensor con una intensidad muy pequeña que no afecte apenas a la medición. De hecho, es un circuito muy recomendado para realizar medidas de tensión lo más exactas posibles, pues al medir la tensión del sensor, la corriente pasa tanto por el sensor como por el voltímetro y la tensión a la entrada del voltímetro dependerá de la relación entre la resistencia del voltímetro y la resistencia del resto del conjunto formado por sensor, cableado y conexiones. Por ejemplo, si la resistencia interna del voltímetro es Re (entrada del amplificador), la resistencia de la línea de cableado es Rl y la resistencia interna del sensor es Rg, entonces la relación entre la tensión medida por el voltímetro (Ve) y la tensión generada por el sensor (Vg) será la correspondiente a este divisor de tensión:
Por ello, si la resistencia de entrada del amplificador es mucho mayor que la del resto del conjunto, la tensión a la entrada del amplificador será prácticamente la misma que la generada por el sensor y se podrá despreciar la caída de tensión en el sensor y el cableado.
Además, cuanto mayor sea la intensidad que circula por el sensor, mayor será el calentamiento del sensor y del resto del circuito por efecto Joule, lo cual puede afectar a la relación entre la tensión generada por el sensor y la magnitud medida.
Inversor
Se denomina inversor ya que la señal de salida es igual a la señal de entrada (en forma) pero con la fase invertida 180 grados.
- El análisis de este circuito es el siguiente:
- V+ = V- = 0
- Definiendo corrientes:
y de aquí se despeja
- Para el resto de circuitos el análisis es similar.
- Zin = Rin
Por lo cual podemos controlar la impedancia de entrada mediante la elección de Rin.
Esta configuración es una de las más importantes, porque gracias a esta configuración, se puede elaborar otras configuraciones, como la configuración del derivador, integrador, sumador. En sistemas microelectrónicos se puede utilizar como buffer, poniendo 2 en cascada.
No inversor
Como observamos, el voltaje de entrada, ingresa por el pin positivo, pero como conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo, conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular, la relación que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeño divisor de tensión.
Como observamos, el voltaje de entrada, ingresa por el pin positivo, pero como conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo, conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular, la relación que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeño divisor de tensión.
- Zin = ∞, lo cual nos supone una ventaja frente al amplificador inversor.
Sumador inversor
- La salida está invertida
- Para resistencias independientes R1, R2,... Rn
- La expresión se simplifica bastante si se usan resistencias del mismo valor
- Impedancias de entrada: Zn = Rn
Restador Inversor
- Para resistencias independientes R1,R2,R3,R4:
- Igual que antes esta expresión puede simplificarse con resistencias iguales
- La impedancia diferencial entre dos entradas es Zin = R1 + R2
- Cabe destacar que este tipo de configuración tiene una resistencia de entrada baja en comparación con otro tipo de restadores como por ejemplo el amplificador de instrumentación.
Parte A:
Circuito Amplificador Inversor:
Esquematico en Protel:
FOTO
Ahora pasaremos a retirar el puente J1 y medir con el multimetro en el punto medio del RESET los valores máximos y mínimos que entrega el divisor resistivo:
Con el potenciometro al minimo medimos:
Vmin= 1,4v
Y con el Valor máximo:
Vmax= -1,32v
Luego realizaremos un gráfico variando de un extremo a otro el curso del preset registrando nuevamente el valor maximo y minimo medido en Va.
La unida de las Tensiones es el Volt (Vs-Vo) y de la Resistencia del Potenciometro (Rp) en Ohm
Gráfico de la Función Transferencia:
Circuito Amplificador No Inversor
Para comprobar que este circuito es un amplicador no inversor realizamos tres mediciones. Además comprobamos que la ganancia de tensión es igual a R2/R1 + 1.
Av = R2/R1 + 1 = 100K/6,8K + 1 = 15,7
Primera Medición:
Av = Vo/Vs = 2,98v/188mV = 15,85
Segunda Medición:
Av = 5,88V/372mV = 15,8
Tercera Medicion:
Av = 9,36V/600mV = 15,6
Para comprobar que la impedancia de entrada de este amplificador (Ri) es muy grande, lo que hicimos fue conectar en serie con una resistencia de 270K.
Realizando las mediciones adecuadas pudimos conocer la caída de tensión en la resistencia de 270K, y así calcular Ri de la siguiente manera:
i = (288mV - 232mV)/270K = 20uA (Ley de Ohm)
Ri = 232mV/20uA = 1,1Mohm (Ley de Ohm)
Luego comprobamos que retirando R1 y haciendo un cortocircuito entre las terminales del resistor R2 convertimos el circuito en un buffer.
Esquematico en Protel
FOTO
Circuito en PCB
