Principios de análisis instrumental

FIGURA 3.7 Amplificador inversor de voltaje. En este caso, la corriente de entrada en el punto de suma S proviene del voltaje de entrada v 1 y de la resistencia de entrada R 1 • muestra en la figura 3.7. Como el punto de suma S está en un potencial común virtual, la intensidad de corriente de entrada es . V¡ l -- (3.7) ; - R; Si se sustituye este resultado en la ecuación 3.4, se obtiene, . Rr V o = - l¡R¡ = -V¡ R (3.8) 1 Por tanto, el voltaje de salida V 0 es el voltaje de entrada v 1 multi– plicado por el cociente de los dos resistores RrlR 1, con polaridad contraria. Si los dos resistores son de precisión, la ganancia de lazo cerrado del amplificador, Rr!R 1, puede ser muy exacta. Por ejemplo, si Rr fuera de 100 kfl y R 1 fuera de 1 Okfl, la ganancia sería de 1 O y V 0 = -10 X v 1• Observe que la exactitud de la ganancia depende de qué tanto se conocen los valores de las dos resistencias y no de la ganancia de lazo cerrado, A , del amplificador operacional. Con frecuencia, el amplificador de la figura 3.7 se llama ampli– ficador de inversión o inversor cuando R 1 = Rr porque en este caso el signo del voltaje de entrada está invertido. Sin embargo, tenga en cuenta que hay una posibilidad de cargar el voltaje de entrada v 1 porque la corriente que da la ecuación 3.7 se extrae de la fuente. 38.4 Respuesta de frecuencia de un circuito de retroalimentación negativa La ganancia de un amplificador operacional representativo dismi– nuye con rapidez en respuesta a las señales de entrada de alta fre– cuencia. Esta dependencia de la frecuencia surge de las pequeñas capacitancias que se forman en el interior de los transistores que están en el amplificador operacional. En general, la respuesta de frecuencia de un amplificador operacional representativo se da en la forma de un diagrama de Bode, como el que se presenta en la figura 3.8 (véase también sección 2B.5). En este caso, la curva con– tinua de la ganancia de lazo abierto representa el comportamiento del amplificador cuando no está presente el resistor de retroalimen– tación Rr de la figura 3.7. Observe que tanto la ordenada como la abscisa son escalas logarítmicas y que la ganancia se presenta en decibeles, dB, donde 1 dB = 20 log(v 0 /v¡). A frecuencias de señal de entrada bajas, A = lOs, o 100 dB; pero a medida que la frecuencia aumenta por arriba de 10Hz, la ganancia en lazo abierto baja a -20 dB/década, o decena, en el mismo modo que sucede en un filtro paso bajo (sección 2B.5) . El intervalo de frecuencia desde cd hasta la frecuencia en la cual A = 1, es decir, O dB, se denomina ancho de banda de ganancia unitaria, la cual es de 1 MHz para este amplificador. El punto en el cual A = 1 fija también el producto del ancho de banda de la ))) 38 Circuitos para los amplificadores operacionales 57 ¿ ·¡¡ e: " e: " o Ganancia en lazo abierto 10 4 " ·¡:¡ Ancho de banda . 03 ~ Logaritmo de la frecuencia "' o FIGURA 3.8 Diag rama de Bode en el que se presenta la respuesta de frecuencia de un amplificador operacional representativo. Línea continua: ganancia en lazo abierto de un amplificador operacional sin retroalimentación negativa; línea discontinua: configuración del amplificador inversor como el de la figura 3.7 co n A 1 = Rr/R 1 = 1000 y A1 = Rr/R 1 = 10. ganancia en 1 MHz, lo cual es una característica constante del amplificador operacional en todas las frec uencias por arriba de 10 Hz. Esta característica permite calcular el ancho de banda de una configuración de un amplificador. Como ejemplo, considérese el amplificador de la figura 3.7 con una ganancia de señal de A 1 = RriR 1 = 1000, como se indica mediante la línea discontinua superior de la figura 3.8. Entonces, el ancho de banda del amplificador es 1 MHz/1000 = 1 kHz, lo cual corresponde a la intersección de la línea discontinua superior con la curva de ganancia en lazo abierto. Un amplificador similar con A 2 = 10 tiene entonces un ancho de banda de 100kHz, como se señala mediante la línea discontinua inferior, y así sucesivamente para otros valores de ganancia de señal que podrían ser elegidos para un amplificador operacional. Por tanto, se ve que la retroalimenta– ción negativa aumenta el ancho de banda del amplificador, lo cual se puede calcular a partir de la ganancia de la señal y el ancho de banda de la ganancia unitaria del amplificador operacional. Otros dos parámetros que se relacionan con la rapidez o ancho de banda!::. f de un amplificador se ilustran en la figura 3.9. La respuesta de la salida de un seguidor de voltaje a una entrada en escalón se caracteriza por el tiempo de subida t, que es el lapso que se requiere para que la salida pase de 10 a 90% del cambio total. Se puede demostrar que 1 t = - ' 3!::.f (3.9) En el caso del seguidor de voltaje con ganancia en lazo cerrado de 1 y ancho de banda de ganancia unitaria de 10 6 , t, = 1/(3 X 1.00 MHz) = 0.33 ¡.ts. A partir de la pendiente del cambio de vol– taje en la salida durante la transición de 5 a 10 V, la velocidad de respuesta se determina mediante: !::.v 5 V Velocidad de respuesta = - = - -- = 17 V 1 ¡.ts M 0.33 ¡.ts Simulación: Aprenda más sobre la respuesta de frecuencia de los amplificadores operacionales en www. ti nyurl.com/skoogpia7 * ' Este material se encuentra disponible en inglés.