Tabla configuraciones básicas de los amplificadores removed.pdf

Amplificadores Operacionales

1. TABLA 1
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
NOMBRE
CONFIGURACIÓN
ELECTRONICA
ECUACION CARACTERISTICAS APLICACIONES
INVERSOR

Tension 1 y 2=


Corriente=

Ganancia=
• El amplificador inversor
invierte la polaridad de la
señal de entrada de
corriente alterna mientras
la amplifica.
• Si conectamos a su
entrada una señal de
corriente alterna,
obtendremos a la salida
una señal amplificada y
desfasada en 180 °.
• La impedancia de entrada
es más baja
que en la configuración no
inversora.
• La impedancia de salida
es muy baja (idealmente 0
Ω),
lo que permite entregar
una señal sin pérdida a
otras etapas.
✓ Permite aumentar la
amplitud
de señales débiles
(audio,
sensores, etc.) con una
ganancia
ajustable por
resistencias.

✓ Cambia el signo de la
señal de
entrada, útil en sistemas
de audio
control cuando se
necesita
desfase de 180°

✓ Se usa en circuitos como
el DAC
(convertidor digital–
analógico) y
ADC (analógico–digital)
por su
precisión.

2. NO
INVERSOR

Tensión=

Tensión V0=

Corriente=

Ganancia=


• El circuito ayuda a lograr
una salida no invertida en
la etapa final.
• Su ganancia siempre es
mayor o igual a
1.
• La impedancia de entrada
es un valor
extremadamente alto por
lo cual considerada como
infinita, para el cálculo
ideal como ausencia de
continuidad.
• La impedancia de salida
es un valor muy bajo por
lo
cual se considera como
cero, un conductor sin
oposición.
• La señal de salida estará
en fase con la señal de
entrada del amplificador.
✓ Amplificación de señales
Permite aumentar la
amplitud
de señales débiles sin
modificar
la fase de entrada.
✓ Buffer o Seguidor de
voltaje
Si se tiene una fuente
débil o de
alta impedancia, protege
la señal
original de degradarse al
conectarla a otra etapa
✓ Filtro Activo 04
Refuerza la señal filtrada
para
que llegue fuerte y clara
al
siguiente circuito. Esto
permite
que la señal sea más
limpia y
fácil de usar.
✓ Sirve para juntar varias
señales en

3. una sola, manteniendo
la misma
dirección o fase que
tenían
originalmente.
RESTADOR

Tensión Vout=



• Toma dos señales de
entrada y entrega
como salida la diferencia
entre ellas, amplificada
según algunas
resistencias.
• Entrega a la salida la
diferencia de dos señales
• Ganancia diferencial:
depende de la razón de
resistencias
• Impedancia de entrada:
alta en la entrada (+),
moderada en la entrada (–
).
• Rango de salida: limitado
por la alimentación del
Op-Amp.
• Precisión: sensible a la
tolerancia de resistencias
→ se usan resistores de 0.1
% o arreglos emparejados.
✓ Restar señales (ejemplo:
eliminar una
componente común en
dos señales).
✓ Medición de diferencia
de voltaje en sensores.

✓ Etapa fundamental en el
amplificador de
instrumentación.

✓ Filtrado de ruido común
(rechazo de modo
común).

4. TABLA 2
TABLA 2
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
NOMBRE
CONFIGURACIÓN
ELECTRONICA
ECUACION CARACTERISTICAS APLICACIONES
SUMADOR
INVERSOR








Corriente=





Tensión Vout=

Ganancia=

Invierte señales o aplicaciones
de fase.
• La impedancia de entrada esta
determinada por la resistencia de
entrada, lo que facilita el control.
• CMRR es bajo.
• Puede introducir una ganancia
negativa.
• Introduce un cambio de fase de
180
grados.
• Opera de manera lineal
mientras no se presente una
saturación.
• Mezcla de señales de
audio (consolas de
sonido).
• Suma varias entradas
en una sola salida.
• Filtros activos.
Sirve como etapa
sumadora en filtros
pasa bajos, pasa altos
o pasa banda.
• Conversión digital-
analógica (DAC).
• En un DAC por
resistencias en
escalera (R-2R), el
sumador inversor
convierte las corrientes
en un voltaje
proporcional al número
binario.
• Control de ganancia
múltiple. Se puede

5. aplicar una señal a
diferentes entradas con
resistencias distintas
para obtener pesos
diferentes.
SUMADOR
NO
INVERSOR





Tensión=

Ganancia=


Si RA=RB


Amplifica y amortigua señales sin
inversión de fase.
• La impedancia de entrada es
alta.
• CMRR es más alto.
• Siempre proporciona ganancia
positiva.
• Al conectar la resistencia de
retroalimentación en la entrada
no
inversora genera menor ruido.
• Tiene un cambio de fase de 0
grados.
• Combinación de
señales de sensores.
Permite sumar voltajes
de diferentes sensores
sin invertir la señal.
• Amplificación de
señales múltiples en
biomedicina.
• Se usa en equipos
médicos como ECG o
EEG, donde se suman
varias señales
bioeléctricas y deben
conservar su polaridad.
• Etapas de control en
sistemas industriales.
Se emplea para sumar
señales de
retroalimentación y la
señal de referencia en
un sistema de control.

6. SEGUIDOR
DE VOLTAJE


La tensión en el pin
inversor es igual que
la tensión en la
terminal no inversora.


Por lo tanto, el voltaje
de salida está
expresado de la
siguiente forma:

Ganancia:

Tiene un voltaje de salida igual a
su
voltaje de entrada (V0 = Vi )
• Impedancia alta de entrada.
• Impedancia de salida baja.
• Anula efectos de cargas y
perturbaciones al acoplar
circuitos.
• No tiene resistencia de
realimentación.
• Puede funcionar como búfer.
• Aislamiento de etapas
(buffer). Separa una
fuente débil de una
carga que consume
más corriente. Evita
que la carga afecte la
señal original.
• Etapa de aislamiento.
Aísla dos etapas de un
circuito para que no
se afecten
mutuamente.
• Adaptación de
impedancias. Conectar
una fuente de señal
débil (alta impedancia)
a una carga que
requiere baja
impedancia.

7. TABLA 3
TABLA 3
AMPLIFICADOR DERIVADOR E INTEGRADOR
NOMBRE
CONFIGURACIÓN
ELECTRONICA
ECUACION CARACTERISTICAS APLICACIONES
DERIVADOR








Corriente=




Tensión Vout=

Señal senoidal=

Señal triangular=

Señal Cuadrada=

• Su función principal es
generar un voltaje de
salida proporcional a la
derivada temporal del
voltaje de entrada.
• Se caracteriza por tener
conectado un capacitor
en la entrada inversora del
amplificador.
• Tiene una operación en
bajas frecuencias.
• Tiene una resistencia de
realimentación
negativa.
• Requisito la señal de
entrada debe ser variable
• Detección de bordes en
señales : se usa para
detectar transiciones o
bordes en señales
digitales o analógicas.
• Generación de pulsos :
Convierte señales de
rampa o senoidales en
pulsos cortos, útiles
en circuitos
temporizadores y de
sincronización.
• Análisis de señales : En
sistemas de control y
procesamiento de
señales, ayuda a
obtener la tasa de
cambio de una
variable, por ejemplo,
velocidad a partir de
posición.
• Filtros de alta
frecuencia : Actúa

8. como un filtro pasa-
altos, eliminando
componentes de baja
frecuencia y dejando
pasar las variaciones
rápidas.
• Circuitos de
instrumentación : Para
medir la derivada de
una señal física, como
la aceleración derivada
de la velocidad.

INTEGRADOR






Tensión=

Señal senoidal=

Señal triangular=

Señal cuadrada=






• Realiza la integración de la
señal de entrada: La
salida del circuito es
proporcional a la integral
de la señal de entrada con
respecto al tiempo.
• A mayor valor del
capacitor, menor es el
voltaje de salida.
• Puede amplificar el ruido
de baja frecuencia, por lo
que a veces se le añade
una resistencia en
paralelo con el
condensador para limitar
la ganancia en DC.
• Generación de señales
de rampa : Convierte
señales de voltaje
constantes en señales
de rampa, usadas en
osciladores y
generadores de formas
de onda.
• Filtros de baja
frecuencia : Actúa
como filtro pasa-bajos,
eliminando ruido de
alta frecuencia y
suavizando señales.
• Cálculo de área bajo la
curva : En sistemas de

9. • Si al amplificador
integrador se le aplica una
onda sinusoidal de
frecuencia variable, este
ya no se comportará tanto
como un amplificador,
sino como un filtro pasa-
bajo.
medición, permite
obtener la integral de
una señal, útil para
medir cantidades
acumulativas.
• Circuitos de
temporización y retardo
: Se utiliza para crear
retardos temporales y
temporizadores
analógicos.
• Controladores PID : En
control automático, el
integrador es parte del
controlador PID para
corregir errores
acumulados en
sistemas de control.
.
SERVOAMPLIFICADOR


ACCIÓN DE RETARDO
Para que el equilibrio
suceda en el circuito,
debe trascurrir cierto
tiempo para que el
capacitor se cargue.

• Funciona igual que un
seguidor de tensión, pero
con un retardo y una
amplificación del doble de
la entrada.
• Comportamiento
críticamente
amortiguado.
• Combinación de una
configuración de
• Posicionamiento
(controlado a través del
• bus o de entradas)
• Recorrido de diferentes
secuencias de
• desplazamiento
• Regulación de
revoluciones
• Regulación del par de
giro

10. La carga completa del
capacitor sera
aproximadamente de
un 99% cuando pasen
5
unidades de tiempo.

integrador con un inversor.

• Función de reductor
eléctrico
• Máquinas-herramienta
• Máquinas de embalaje
• Máquinas de impresión
• Fabricación de papel
• Envasado
• Robótica
• Máquinas-
herramientas de
precisión
• Bancos de pruebas
• Industria de
semiconductores

11. TABLA 4
TABLA 4
CIRCUITOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES QUE SE UTILIZAN COMO COMPENSADORES
NOMBRE
CONFIGURACIÓN
ELECTRONICA
ECUACION CARACTERISTICAS APLICACIONES
PROPORCIONAL






Ganancia=
La relación entre la señal
de salida (Vout) y la
diferencia de entrada es
la ganancia.


• Solo amplifica la
señal de error.
• Se hace con un
amplificador inversor
o no inversor.
• Beneficio: el sistema
responde más rápido.
• Alta ganancia:
Los amplificadores
operacionales tienen
una ganancia de
voltaje muy alta.
• Entradas
diferenciales: Tienen
dos terminales de
entrada, de donde se
obtiene la señal de
salida.
• Salida proporcional:
La señal de salida
tiene un valor
directamente
relacionado con la
✓ En sistemas de
control automático,
como regulación de
temperatura,
velocidad o
posición.
✓ Corrigen el error
proporcionalmente a
su magnitud.
✓ En sensores,
micrófonos o
instrumentos
médicos, donde se
necesita amplificar
señales débiles sin
distorsión.
✓ En sistemas
analógico-digital o
digital-analógico,
para ajustar niveles
de voltaje antes de la
conversión.

12. diferencia de tensión
en las entradas.
• Control externo:
Componentes
externos como
resistencias y
condensadores
modifican la ganancia
y la respuesta del AO.
INTEGRADOR


Ecuación de salida=


Tensión de salida en
C.A=


• La salida depende de
la constante de
tiempo (RC).
• Responde de forma
diferente a señales
según su frecuencia.
• Puede saturarse a
valores máximos del
op-amp si la entrada
tiene un componente
de corriente continua

13. Tensión de salida en
C.D=





PROPORCIONAL
DERIVATIVO




Corriente del Capacitor=



Tensión de Salida=

• Funciona igual que un
seguidor de tensión,
pero con un retardo y
una amplificación del
doble de la entrada.
• Comportamiento
críticamente
amortiguado.
• Combinación de una
configuración de
integrador con un
inversor.

• Ejemplo concreto en
la industria
automotriz:
En los sistemas de
frenos ABS, la señal
de los sensores de
rueda
(desplazamiento
angular) puede
derivarse para
calcular la velocidad
de cambio y ajustar
el frenado en
milisegundos.
• Ejemplo en robótica:

14. En un brazo robótico,
la derivada de la
señal de error de
posición permite
predecir el
movimiento y reducir
el sobre impulso al
detenerse.
PROPORCIONAL
INTEGRAL (PI)

La función de
transferencia del PI=

• Mejora el
amortiguamiento y
reduce el sobrepaso
máximo.
• Incrementa el tiempo
de levantamiento.
• Disminuye el ancho
de banda.
• Mejora el margen de
ganancia, el margen
de fase.
• Filtra el ruido de alta
frecuencia.
• Control de velocidad
en motores
eléctricos.
• Control de
temperatura.
• Control de nivel de
líquidos.
• Control de presión.
• Control de caudal.
• Procesos de
generación y
distribución de
energía.
• Robótica y sistemas
mecatrónicos.
PROPORCIONAL
INTEGRADOR
DERIVATIVO

Grafica=
Parte Derivativa=

• Modularidad: Se
pueden ajustar cada
componente por
separado.
• Simplicidad: Fácil de
implementar con
• Analógico clásico
(circuito con op-
amps, R y C).
• Control de
temperatura en

15. Parte Integral=


Parte Inversora=

Ganancia Proporcional
(kp)=

Ganancia Integral (ki)=

Ganancia Derivativa
(kd)=
componentes
básicos.
• Tiempo real: No
requiere
procesamiento digital.
• Limitaciones: Menor
flexibilidad que los
PID digitales, sensible
a variaciones
térmicas y
envejecimiento de
componentes.
hornos o calderas
antiguas.
• Regulación de
voltaje en fuentes de
poder analógicas.
• Control digital (en
PLCs,
microcontroladores,
drivers).
• Automóviles (control
de velocidad
crucero, ABS,
inyección de
combustible).
• Robótica y drones
(posición,
orientación, altura).
• Procesos
industriales
modernos (nivel de
tanques, presión,
flujo, temperatura en
plantas).
• Hoy en día, casi
todos los PID son
digitales porque son
más flexibles y
fáciles de ajustar.

16. TABLA 5
TABLA 5
AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACIÓN
NOMBRE
CONFIGURACIÓN
ELECTRONICA
ECUACION CARACTERISTICAS APLICACIONES
AMPLIFICADOR DE
INSTRUMENTACIÓN
CLÁSICO (3 OP-
AMPS)





Tensión Vout=

Ganancia d=

Ganancia cm=

• Ganancia precisa
y ajustable con
una sola
resistencia.
• Alta estabilidad
frente a
temperatura y
variaciones.
• Gran rechazo al
ruido eléctrico
(alto CMRR).
• Muy usado para
sensores de baja
señal.
• Medición de
biopotenciales:
ECG, EEG.
• Instrumentación
industrial: galgas
extensométricas,
termopares.
• Acondicionamiento
en puentes
Wheatstone.
• Interfaces de
sensores en
sistemas digitales.

17. AMPLIFICADOR DE
INSTRUMENTACIÓN
COMO
COMPARADOR






Tensión Vout=


No tiene ganancia es todo o
nada



• El AI amplifica la
señal débil del
sensor.
• El comparador
compara esa
señal con un valor
de
referencia.
• Salida lógica:
saturación
positiva o
negativa (1 o 0).
• No amplifica, solo
decide.
• Alarmas de
sobrepresión,
sobrecorriente o
sobretemperatura.
• Detección de niveles
en tanques.
• Encendido
automático de
ventiladores o
sistemas de
seguridad.
• Detección de cruce
por cero en sistemas
de potencia.
AMPLIFICADO
RES V→I Y I→V
V→I (VOLTAJE A
CORRIENTE)


Corriente=

Tensión Vout=

• Transmitir señales
en voltaje a largas
distancias puede
generar ruido.
• La corriente es
menos sensible al
ruido → estándar
industrial 4–20
mA.
• El AI acondiciona
primero la señal y
✓ Transmisión de
señales de sensores
en la industria.
✓ Sistemas de control
o distribuido
(PLC).
✓ Comunicaciones en
ambientes ruidosos.

18. luego se
convierte.