Electrónica
Básica ECT
Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería
Tema 4:
El Amplificador Operacional
Prof.:
• Nuria Novas Castellano
• José Antonio Gázquez Parra
• Rosa María García Salvador
1
2.
Electrónica
Básica ECT
Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería
Tema 4. El Amplificador Operacional (AO)
Objetivos específicos:
1. Explicar el fundamento de los amplificadores operacionales (AO)
2. Analizar diferentes configuraciones de los AO en aplicaciones lineales
3. Analizar circuitos con AO ideales
2 Tema 4: El Amplificador Operacional 2
3.
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Departamento de Ingeniería
INDICE
4.1. Modelo Ideal del Amplificador Operacional.
4.2. Técnicas de análisis por nudos.
4.3. El amplificador en configuraciones básicas.
– Inversor,
– No Inversor,
– Seguidor de Tensión,
– Conversor V/I,
– etc.
4.4. Filtrado (material complementario).
3 Tema 4: El Amplificador Operacional 3
4.
Electrónica
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Departamento de Ingeniería
El amplificador diferencial tiene dos entradas y un terminal de salida, en el que
aparece una tensión proporcional a la diferencia de las tensiones aplicadas en las
entradas.
Son más inmunes al ruido y no hay que referir las señales respecto a masa.
El AO no amplifica el ruido con lo que a RL no le llega ruido.
+
-
Vo
Vd
V-
V+
-Vee
+Vcc
4
4.1. Modelo Ideal del Amplificador Operacional
𝑉𝑑 = 𝑉+ − 𝑉
−
𝑉0 = 𝐴𝑑𝑉𝑑
−𝑉
𝑒𝑒 ≤ 𝑉0 ≤ +𝑉
𝑐𝑐
𝑉0 = 𝐴𝑉1
𝑉0 = 𝑎𝑉1 − 𝑎𝑉2
𝐴𝑑
= 𝑉1 − 𝑉2 𝐴𝑑
Tema 4: El Amplificador Operacional
5.
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• Impedancia diferencial entre las entrada es infinita (real 106 a 1012 Ω). Por las
patas + y – del AO ideal entrarán 0 Amperio.
• Impedancia de salida nula (real 75 Ω ).
• Ganancia en tensión en lazo abierto es infinita (real 106 a 1012), V+ = V-. En
muchas ocasiones V+ = 0V. Esto origina el denominado principio de TIERRA
VIRTUAL: V+ = V- = 0V sin que haya corriente a tierra (i+ = i- = 0 por la Zi = ∞).
+
-
Vo
Vd
V-
V+
-Vee
+Vcc
Vo
Vd
V-
V+
AdVd
+
Amplificador Operacional Ideal
Zi=∞
R o =0Ω
𝑉𝑜 = 𝐴 𝑉+ − 𝑉
−
𝑉𝑜
𝐴
=
𝑉𝑜
∞
= 0 = 𝑉+ − 𝑉
− ⇒ 𝑉+ = 𝑉
−
Iin=
𝑉+−𝑉−
𝑅𝑖𝑛
=
𝑉+−𝑉−
∞
= 0 ⇒ 𝐼+ = 𝐼− = 0𝐴
5
4.1. Modelo Ideal del Amplificador Operacional
𝑉0 = 𝐴𝑑𝑉𝑑
−𝑉
𝑒𝑒 ≤ 𝑉0 ≤ +𝑉𝐶𝐶
Tema 4: El Amplificador Operacional
6.
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• Corriente por los terminales de entrada nula, es consecuencia
Rin=∞.
•Corriente de salida muy grande, es consecuencia a Ro=0.
•Una entrada inversora, produce en el terminal de salida una señal
en contrafase (180º) respecto de la señal aplicada.
• Una entrada no inversora, produce en el terminal de salida una
señal en fase respecto de la señal de entrada aplicada.
Io=
𝑉𝑜
𝑅𝑜
=
𝑉𝑜
0
= ∞
Vo (t)
V+-V-
Saturación positiva
Saturación negativa
Zona lineal
Vcc
-Vee
6
4.1. Modelo Ideal del Amplificador Operacional
Tema 4: El Amplificador Operacional
7.
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Q1 Q2
Q3 Q4
Q7
Q5 Q6
Q10
Q9
Q8
Q11
Q13
Q12
Q
15
Q
14
Q16
Q17
Q18
Q19
Q
Q21
Q22
Q23
Q24
R
2 R
3 R
4
R
5
R
6
R
1
R
7
R
8
R
9
R10
R11
C1
I+
I-
+Vcc
Vo
-Vee
Terminales de ajuste de offset
Q1 Q2
Q3 Q4
Q7
Q5 Q6
Q9
Q8 Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q20
Q
R
2 R
3 R
4
R
5
R
6
R
1
R
7
R
8
R
9
R
R
C1
I+
I-
+Vcc
Vo
-Vee
Terminales de ajuste de offset
Etapa de
entrada Etapa de salida
Etapa
intermedia
(c)
(b)
+
-
INV.
Vo
+Vcc
-Vee
NO
INV.
OFFSET
+
-
(a)
7
Modelo del Amplificador Operacional
Tema 4: El Amplificador Operacional
8.
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4.1. Modelo Ideal del Amplificador Operacional
Ad Ganancia diferencial de tensión en lazo abierto
Vd Tensión diferencial V+ - V-
Ri Impedancia de entrada
Ro Impedancia de salida
Vo
Vd
V-
V+
AdVd
+
Modelo del Amplificador Operacional
Ri
Ro
Tema 4: El Amplificador Operacional 8
9.
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El polo dominante viene determinado por el condensador interno de compensación en
frecuencia que evita la inestabilidad. (En los amplificadores operacionales que lo poseen)
•GBP: Producto Ganancia x Ancho de banda (Band Width).
•UGB: Ancho de banda de ganancia unidad (UGB ) que sería equivalente al GBP.
La ganancia no es constante en todo el rango de frecuencias.
No todos los amplificadores operacionales tienen el GBP constante.
GANANCIA
Características del Amplificador Operacional
Tema 4: El Amplificador Operacional 9
10.
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Vo
t
Define la rapidez de respuesta de Vo ante cambios en la entrada, es decir la velocidad
máxima con la que puede variar la tensión de salida de un A.O. Dicha velocidad de
respuesta se debe a los tiempos de propagación y sobre todo al tiempo de carga-descarga
del condensador interno de compensación. Si de forma experimental inyectamos una señal
cuadrada, obtendríamos una respuesta de forma similar a la figura:
VELOCIDAD DE RESPUESTA (Slew-Rate)
to to
dt
dV
-
+
Vo
Vin
SR= dV/dt
ts
ΔVo
SRsubida = ∆Vo/∆ts
tb
SRbajada = ∆Vo/∆tb
Se suele expresarse en V/µs
Características del Amplificador Operacional
Tema 4: El Amplificador Operacional 10
11.
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Tiempo de establecimiento ts es el tiempo empleado por la salida en estabilizarse dentro de
un porcentaje del valor final para una entrada tipo escalón. Como puede observarse en la
figura también depende del Slew Rate.
TIEMPO DE ESTABLECIMIENTO (settling time)
Vo (t)
t
Tolerancia
Valor final
SRsubida
Tiempo de
establecimiento
Sobredisparo
Oscilación de
amortiguación
Características del Amplificador Operacional
Tema 4: El Amplificador Operacional 11
12.
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VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA
Características del Amplificador Operacional
Tema 4: El Amplificador Operacional 12
13.
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Otros parámetros a considerar
Rango de tensión de entrada (input voltage range): Máxima diferencia
de tensión a la entrada del OA. El OA741 tiene un rango de entrada de ±
13V.
Máxima variación de rango de tensión de salida (maximun peak output
voltage swing). Indica para una alimentación de ±15V, el valor de tensión
más alta que se puede esperar a la salida del OA. El OA 741 es de ±14V.
Resistencia y capacidad de entrada (input resistence and capacitance).
Resistencia y capacidad equivalente en lazo abierto vista a través de los
terminales de entrada. Para el OA 741 es de 2MΩ y 1.4pF,
respectivamente.
Características del Amplificador Operacional
Tema 4: El Amplificador Operacional 13
14.
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Otros parámetros a considerar
Consumo de potencia (total power dissipation). Consumo de potencia
DC en ausencia de señal y para una tensión de alimentación de ±15V.
El OA 741 es de 50 mW.
Máxima corriente de salida (output short circuit current). Corriente
máxima de salida limitada por el circuito de protección. El OA 741 tiene
25 mA.
Variación máxima de la tensión de salida (output voltage swing). Es
la amplitud pico-pico máxima que se puede conseguir sin que se
produzca recorte. El OA 741 es de ±13 a ±14 V para VCC=±15 V.
Características del Amplificador Operacional
Tema 4: El Amplificador Operacional 14
15.
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Las características resistencia de entrada ∞ y de
salida nula definen a un amplificador de tensión
ideal que no está afectado por el valor de la carga
que se conecta a su salida. Por otra parte, las
características de Ganancia en tensión en modo
común nula y corrientes de entradas al AO nulas
(I+=I-=0) aplicadas a la ecuación
crean una indeterminación ya que al ser Ad=∞
⇒Vo=AdVd debería ser infinito. Sin embargo, esa
indeterminación se resuelve cuando Vd=0; el
producto AdVd da como resultado un valor finito. Por
ello, la entrada del OA ideal tiene corrientes de
nulas (I+=I-=0) y verifica que V+=V- (en el caso de
realimentación negativa); este modelo simplifica
mucho el análisis de circuitos basados en el OA.
-
+
Vo
Vd
V-
V+
-Vee
+Vcc
V+ = V- I+ = I- = 0
-
+
Vo
V-
V+
-Vee
+Vcc
I-
I+
15
4.2. Técnicas de análisis por nudo
𝑉0 = 𝐴𝑑𝑉𝑑 + 𝐴𝐶𝑉𝐶
𝑉𝑑 = 𝑉+ − 𝑉
−
𝑉𝐶 =
𝑉+ − 𝑉
−
2
−𝑉
𝑒𝑒 ≤ 𝑉0 ≤ +𝑉𝐶𝐶
Tema 4: El Amplificador Operacional
16.
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Área deTecnología Electrónica
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La ganancia no es constante y depende de la frecuencia:
GBP: Ganancia* Ancho de Banda, no todos los AO este parámetro es constante
INVERSOR
Aplicaciones Lineales
-
+
Vo
Vi
R1 R2
+
16
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
Realimentación
negativa ≡ conexión
entre la entrada
inversora (V-) y la salida
Vo del AO.
Ganancia en tensión en lazo cerrado =
𝑉0
𝑉𝑖
= −
𝑅2
𝑅1
Tema 4: El Amplificador Operacional
17.
Electrónica
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Área deTecnología Electrónica
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INVERSOR
Principio de tierra virtual
Análisis Nudo V-: I1= I2
V- -Vo=I2*R2
I1
I2
Vi -V-=I1*R1
Cálculo I1:
Cálculo I2:
-
+
Vo
Vi
R1 R2
+
V-
V+
Aplicaciones Lineales
V- = V+= 0V I- = I+= 0A
17
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
𝑉𝑖 − 𝑉
−
𝑅1
=
𝑉
− − 𝑉0
𝑅2
→ 𝑉
− = 0𝑉
𝑉𝑖
𝑅1
=
−𝑉0
𝑅2
𝐺𝑉 =
𝑉0
𝑉𝑖
= −
𝑅2
𝑅1
Tema 4: El Amplificador Operacional
18.
Electrónica
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Departamento de Ingeniería
La ganancia no es constante y depende de la frecuencia:
GBP: Ganancia* Ancho de Banda, no todos los AO este parámetro es constante
NO INVERSOR
Aplicaciones Lineales
-
+
Vo
Vi
R1 R2
+
18
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
Ganancia en tensión en lazo cerrado =
𝑉0
𝑉𝑖
= 1 +
𝑅2
𝑅1
Tema 4: El Amplificador Operacional
19.
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NO INVERSOR
Principio de tierra virtual
Análisis Nudo V-: I1= I2
Vo -V- = I2*R2
I1 I2
V- -0 = I1*R1
Cálculo I1:
Cálculo I2:
-
+
Vo
Vi
R1 R2
+
V+
V-
V- = V+= Vi I- = I+= 0A
19
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
𝑉−
𝑅1
=
𝑉𝑜−𝑉−
𝑅2
→ {𝑉
−= 𝑉𝑖}
𝑉𝑖
𝑅1
=
𝑉0 − 𝑉𝑖
𝑅2
𝐺𝑉 =
𝑉0
𝑉𝑖
= 1 +
𝑅2
𝑅1
Tema 4: El Amplificador Operacional
20.
Electrónica
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Principio de tierra virtual
I = 0 A
I
Cálculo I:
-
+
Vo
Vi
+
V+
V-
SEGUIDOR DE TENSIÓN
Vo -V- = I
Vo = Vi
V- = Vi
Aplicaciones Lineales
V- = V+= Vi I- = I+= 0A
20
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
𝐺𝑉 =
𝑉0
𝑉𝑖
= 1
Tema 4: El Amplificador Operacional
Electrónica
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Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería
Principio de tierra virtual
Análisis Nudo V-: I1= I2
I1
I2
Cálculo I2:
-
+
Vo
Vi
R1
C
+
V-
V+
Aplicaciones con memoria
INTEGRADOR INVERSOR
Para establecer las condiciones iniciales
de integración se acude a un interruptor
que se abre cuando comienza la
integración.
V- = V+= 0V I- = I+= 0A
Tema 4: El Amplificador Operacional 24
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
𝑖2 = 𝐶
𝑑 𝑉
− − 𝑉0
𝑑𝑡
𝑉𝑖 − 𝑉
−
𝑅1
= 𝐶
𝑑 𝑉
− − 𝑉0
𝑑𝑡
→ 𝑉
− = 0𝑉
𝑉𝑖
𝑅1
= −𝐶
𝑑 𝑉0
𝑑𝑡
𝑉0 𝑡 =
1
𝑅1𝐶
න 𝑉𝑖𝑑𝑡 + 𝑉0 𝑡0
25.
Electrónica
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Departamento de Ingeniería
-
+
Vo
Vi
R1
C
+
V-
V+
Aplicaciones con memoria
INTEGRADOR INVERSOR
to T 2T 3T
T 2T 3T
Vo(t)
Vi(t)
Tema 4: El Amplificador Operacional 25
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
𝑉0 𝑡 =
1
𝑅1𝐶
න 𝑉𝑖𝑑𝑡 + 𝑉0 𝑡0
26.
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Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería
Principio de tierra virtual
Análisis Nudo V-: I1= I2
I1
I2
Cálculo I1:
-
+
Vo
Vi
R1
C
+
V-
V+
Aplicaciones con memoria
DIFERENCIADOR
INVERSOR
V- = V+= 0V I- = I+= 0A
Tema 4: El Amplificador Operacional 26
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
𝑖1 = 𝐶
𝑑 𝑉𝑖 − 𝑉
−
𝑑𝑡
𝑉
− − 𝑉0
𝑅1
= 𝐶
𝑑 𝑉𝑖 − 𝑉
−
𝑑𝑡
→ 𝑉
− = 0𝑉
𝑉0
𝑅1
= −𝐶
𝑑 𝑉𝑖
𝑑𝑡
𝑉0 𝑡 = −𝑅1𝐶
𝑑 𝑉𝑖 𝑡
𝑑𝑡
Electrónica
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Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería
FUENTE DE CORRIENTE CONTROLADA
POR TENSIÓN
Principio de tierra virtual
Análisis Nudo V-: Ii = IL
Ii
IL
Cálculo Ii:
-
+
Vo
Vi
Ri RL
+
V-
V+
VCCS: Voltaje Contrlled current Source
V- = V+= 0V I- = I+= 0A
Tema 4: El Amplificador Operacional 28
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
𝐼𝑖 =
𝑉𝑖 − 𝑉
−
𝑅𝑖
𝑉𝑖 − 𝑉
−
𝑅𝑖
= 𝐼𝑖 → 𝑉
− = 0𝑉
𝐼𝐿 =
𝑉𝑖
𝑅𝑖
= 𝑔𝑚𝑉𝑖
29.
Electrónica
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Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería
FUENTE DE TENSIÓN CONTROLADA
POR CORRIENTE
Principio de tierra virtual
Análisis Nudo V-: Ii= IL
Ii
IL
Cálculo Ii:
-
+
Vo
Vi
Ri RL
+
V-
V+
(VCCS: Current Contrlled Voltaje
Source) V- = V+= 0V I- = I+= 0A
Tema 4: El Amplificador Operacional 29
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
𝐼𝑖 =
𝑉𝑖 − 𝑉
−
𝑅𝑖
𝑉
− − 𝑉0
𝑅𝐿
= 𝐼𝑖 → 𝑉
− = 0𝑉
𝑉0 = −𝐼𝑖𝑅𝐿
30.
Electrónica
Básica ECT
Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería
FUENTE DE CORRIENTE CONTROLADA
POR CORRIENTE
Principio de tierra virtual
Análisis Nudo Vx: Ii= I1+ IL
I1 IL
Cálculo Ii=I
-
+
Vo
Vi
R1 RL
+
V-
V+
CCCS: Current Contrlled Current Source
IL = − 1 +
𝑅2
𝑅1
I𝐼
Ii
R2
Vx
I
V- = V+= 0V I- = I+= 0A
30
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
𝑉0 = −𝐼𝑖
𝑉𝑖 − 𝑉
𝑥
𝑅2
=
𝑉
𝑥
𝑅1
+ 𝐼𝐿
𝐼𝑖 =
𝑉𝑖 − 𝑉
𝑥
𝑅2
Tema 4: El Amplificador Operacional
31.
Electrónica
Básica ECT
Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería
•La primera etapa de entrada, presenta impedancias de entrada altas e idénticas.
•La entrada a la etapa diferencial tiene unas impedancias muy pequeñas e iguales.
•La ganancia puede ser mucho mayor que 1.
•La etapa diferencial se construye con R2=R3 con lo que:
Si R1 = R2 = R3:
Si Vi+= 0 y Vi-= 0:
Tema 4: El Amplificador Operacional 32
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
Amplificador de instrumentación
𝐴𝑑 = 1 +
2𝑅1
𝑅𝐺
32.
Electrónica
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Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería
-
+
Vi-
R2
R3
-
+
+
-
R2
R3
R1
R1
RG
Vi+
D
Vo
A
B
C
E
F
Principio de tierra virtual
Cálculo nudo A:
Cálculo nudo E:
I1
I12
IG
I2 I3
I22
I23
AO1
AO2
AO3
V- = V+= 0V I- = I+= 0A
Vi- =VA Vi+ =VB
Cálculo nudo B:
Cálculo nudo F:
Tema 4: El Amplificador Operacional 33
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
Amplificador de instrumentación
𝑉𝑖+ − 𝑉𝑖−
𝑅𝐺
=
𝑉𝑖 − 𝑉𝐶
𝑅1
𝑉𝑖+ − 𝑉𝑖−
𝑅𝐺
+
𝑉𝑖+ − 𝑉𝐷
𝑅1
= 0
𝑉𝐶 − 𝑉𝐸
𝑅2
=
𝑉𝐸 − 𝑉0
𝑅3
𝑉𝐷 − 𝑉𝐹
𝑅2
=
𝑉𝐹
𝑅3
𝑉𝐶 =
𝑅1
𝑅𝐺
+ 1 𝑉𝑖− −
𝑅1
𝑅𝐺
𝑉𝑖+
𝑉𝐷 =
𝑅1
𝑅𝐺
+ 1 𝑉𝑖+ −
𝑅1
𝑅𝐺
𝑉𝑖−
𝑉𝐸 =
𝑅3
𝑅2 + 𝑅3
𝑉𝐶 +
𝑅2
𝑅2 + 𝑅3
𝑉0
𝑉𝐹 =
𝑅3
𝑅2 + 𝑅3
𝑉𝐷
Electrónica
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Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería Tema 4: El Amplificador Operacional
4.4. Filtrado (complemento)
• Un filtro electrónico se puede representar como un cuadripolo
capaz de atenuar ciertas frecuencias en una señal y permitir el
paso de otras.
• Los filtros se caracterizan por una función de transferencia del
tipo
donde s = s+jw es una variable compleja. Si s = jw entonces:
la ganancia se suele expresar en dB como 20log |H(jw)|
FILTRO
f1
f2
f1 f2
vi
vo
Amplitud
Amplitud
Espectro de entrada Espectro de salida
f
f
vi
vo
42
H(jω) = H(jω) ∠𝜑 ω
H(s) =
vo(s)
vi(s)
42
42.
Electrónica
Básica ECT
Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería Tema 4: El Amplificador Operacional 43
Filtrado (complemento)
• La función de transferencia se puede escribir como el cociente entre dos
polinomios como:
• El grado del denominador n es el grado del filtro.
• Para que un filtro sea realizable n≥m.
• Otra forma de mostrar la función de transferencia es:
• Las raíces del denominador p1,p2…pn se denominan polos y las raíces del
numerados z1,z2…zm ceros. Esta representación facilita su diseño.
𝐻(𝑠) =
𝑎𝑚𝑠𝑚
+ 𝑎𝑚−1𝑠𝑚−1
+ 𝑎𝑚−2𝑠𝑚−2
+. . . +𝑎1𝑠 + 𝑎0
𝑠𝑛 + 𝑏𝑛−1𝑠𝑛−1 + 𝑏𝑛−2𝑠𝑛−2+. . . +𝑏1𝑠 + 𝑏0
𝐻(𝑠) =
𝑎𝑚(𝑠 − 𝑧1)(𝑠 − 𝑧2). . . (𝑠 − 𝑧𝑚)
(𝑠 − 𝑝1)(𝑠 − 𝑝2). . . (𝑠 − 𝑝𝑛)
43.
Electrónica
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Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería Tema 4: El Amplificador Operacional 44
Filtrado. Clasificación (complemento)
• Según el tipo de señal procesada:
– Filtros analógicos:
• Filtros pasivos. Diseñados con elementos discretos R, L, y C. Se usan sobre
todo mas en aplicaciones de alta frecuencia. Los RC se usan muy
frecuentemente en electrónica.
• Filtros activos. Se diseñan con resistencias, condensadores y
operacionales, lo que limita su ancho de banda.
• Filtros de capacidad conmutada. La señal se muestrea y procesa y las
resistencias se sustituyen por interruptores MOS. La frecuencia de corte
es proporcional a la frecuencia de reloj del filtro.
– Filtros digitales. La señal analógica se cuantifica y procesa con
algoritmos. Al estar programada, es fácil cambiar las
características del filtro sin variar el hardware. Se suelen
implementar sobre DSPs y FPGAs.
44.
Electrónica
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Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería Tema 4: El Amplificador Operacional
Filtrado. Clasificación (complemento)
Según la función que lleven a cabo:
a) Filtros paso bajo. Dejan pasar todas las frecuencias por debajo de la frecuencia de corte fc.
Las frecuencias superiores a fc son atenuadas. La frecuencia de corte es aquella donde la
ganancia cae 3 dB.
b) Filtros paso alto. Atenúan todas las frecuencias por debajo de la frecuencia de corte fc. Las
frecuencias superiores a fc pasan sin alteración.
c) Filtros paso banda. Dejan pasar todas las frecuencias comprendidas entre las frecuencias de
corte fc1 y fc2.
d) Filtros de rechazo de banda. Atenúan todas las frecuencias comprendidas entre las
frecuencias de corte fc1 y fc2.
(a) Filtro paso bajo
f f
f
fc fc
fc2 fc2
fc1
f
fc1
Ideal
Real
0 0 0 0
-3
f0 f0
-3
-3
-3
(dB)
H (dB)
H
(b) Filtro paso alto (c) Filtro paso banda (d) Filtro rechazo de banda
Banda
de paso
Banda
de paso
Banda
de paso
Banda
de paso
Banda
de paso
(dB)
H
(dB)
H
Paso bajo
vi vo
Paso alto
vi vo
Paso banda
vi vo
Rechazo de banda
vi vo
45 45
45.
Electrónica
Básica ECT
Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería Tema 4: El Amplificador Operacional
Filtrado. Clasificación (complemento)
• Según la aproximación matemática empleada:
– Filtros de Butterworth. Se obtiene una respuesta de ganancia plana en la banda de paso
aunque la región de transición es de caída lenta y la repuesta de fase no es lineal en la
zona de transición.
– Filtros de Chebyshev. Se maximiza la pendiente en la región de transición aunque se
genera un rizado en la zona de la banda de paso que incrementa con el orden del filtro.
– Filtros de Bessel. Respuesta de fase lineal, la ganancia en la banda de paso no es tan
lineal como los de Butterworth y la caída no es tan pendiente como uno de Chebyshev.
Bessel
Chebyshev
Butterworth
0,1 1 10
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
RC
Frecuencia normalizada (f / f
c
)
|H | (dB)
t
Bessel
Chebyshev
Butterworth
i
o v
v
46
46.
Electrónica
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Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería Tema 4: El Amplificador Operacional
Filtrado. Especificaciones de un fitro (complemento)
Amax: máximo cambio permitido en la ganancia en la
banda de paso.
Amin: atenuación mínima en la banda suprimida.
fp: frecuencia límite de la banda de paso.
fs: frecuencia a la que comienza la banda suprimida.
Q: factor de calidad, parámetro relacionado con el orden
del filtro, se define como Q=f0/B.
fn: frecuencia normalizada, utilizada en la representación
de los diagramas de Bode, fn=f/fc.
Respuesta temporal a la entrada escalón
Retardo de fase (f/w) y de grupo (df(w )/dw) producido
por el cambio de fase de cada frecuencia.
Banda de paso
Banda
de
transición
Banda suprimida
fp
Amax
fs
Amin
0
|H| (dB)
f
47
47.
Electrónica
Básica ECT
Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería Tema 4: El Amplificador Operacional
Filtros pasivos RC (complemento)
• Se emplean componentes
discretos.
• La ganancia es unitaria.
• Las bobinas encarecen el
diseño en frecuencias bajas.
• Se pueden encadenar para
aumentar el orden (con
seguidores de tensión se
mejora el efecto de las
impedancias).
R
C
vi vo
+
-
+
-
0
-20 dB/dec
ω
c
ω
|H| (dB)
R
C
vi
vo
+
-
+
-
0
20 dB/dec
ω
c
ω
|H| (dB)
48
48.
Electrónica
Básica ECT
Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería Tema 4: El Amplificador Operacional
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
Filtros paso bajo.
Filtros paso alto 1er orden. No
inversor e inversor.
Filtro paso alto 2º orden.
R1
C1
R4
R3
Vi
Vo
R2
C2
+
-
Vi
Vo
R3
R2
C1
C2
R1
+
-
Sallen-Key MFB
R2
R3
R1
C1
vi
vo
-
+
R2
R1
C1
vi
vo
-
+
C1=C C2
=C
R2
R1
vi
-
+
vo
R1
C3=C
vi
vo
C1=C
C2
R2
-
+
Filtros activos
49
49.
Electrónica
Básica ECT
Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería Tema 4: El Amplificador Operacional
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
Filtros paso banda 2º orden.
Filtro rechazo banda. En doble T.
C
R
R1
R2
2
R
vi
R
C
vo
-
+
R1
R2
C
2C
R/2
vi
R
R
C
-
+
vo
Filtro pasivo en doble T
Sallen-Key MFB
C
R2
C
vi
R1
R3
-
+
v0
Filtros activos
50
50.
Electrónica
Básica ECT
Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería Tema 4: El Amplificador Operacional
4.3. El amplificador en configuraciones básicas
Filtros de orden superior. Para conseguir
órdenes superiores podemos encadenar
filtros en cascada.
Filtro de variables de estado. Se conocen
también como filtros universales y disponen
de varias salidas simultáneas. Se pueden
encontrar en monolítico con muchos
componentes integrados.
Filtro de capacidad conmutada. Se
sustituyen resistencias por condensadores
de capacidad conmutada que hacen que la
resistencia efectiva sea elevada y se ajuste
con una frecuencia de reloj.
Filtro
1er orden
Filtro
2º orden
Filtro
2º orden
Filtro
2º orden
Filtro
2º orden
Filtro
2º orden vo
vo
vi
vi
R1
R2
RF1
RF2
R3
R4
C1
C2
Paso bajo
(LP)
Paso alto
(HP)
Paso banda
(BP)
vi
vo
RQ
-
+
-
+
-
+
C2
vi
vo
S1
S2
C1
Reloj
"R"
-
+
t
vo
Filtros activos
51
51.
Electrónica
Básica ECT
Área deTecnología Electrónica
Departamento de Ingeniería Tema 4: El Amplificador Operacional 52
BIBLIOGRAFÍA
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• Millman, J.; Grabel, A.: Microelectrónica. Hispano Europea. 2001.
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Prentice-Hall. (2006)
• Boylestad, R.; Nashelsky, I: Electrónica. Teoría de Circuitos. Prentice-Hall. 1989.
• Malik, N. R.: Circuitos electrónicos. Prentice-Hall. 1999.
• García Breijo, E.; Ibáñez Civera, J.; Gil Sánchez, L.: "PSpice Simulación y Análisis de Circuitos Analógicos
asistida por Ordenador" Edit.
• Paraninfo 1995.
• Muñoz Merino, E.: SPICE Manual de uso. Publicaciones ETSI Telecomunicación Madrid.
• Angulo Usategui, J.: Laboratorio de Prácticas de Microelectrónica. Edit McGraw Hill 2002.
Direcciones Web:
• Analog Devices: http://www.analog.com/
• Texas Instruments: http://www.ti.com/
• Fairchild Semiconductors: http://www.fairchildsemi.com/
• Phillips Seminconductors: http://www.semiconductors.philips.com/
• Toshiba Semiconductors: http://www.semicon.toshiba.co.jp/eng/
• Motorola Semiconductors: http://www.motorola.com/
• Source Electronic Components: http://www.1sourcecomponents.com/?s=ggl
• Electronix Express: http://www.elexp.com/links.htm
• Williamson Labs: http://www.williamson-labs.com/