TRANSISTORES Y AMPLIFICADORES OPERACIONALES
OBJETIVO
El
objetivo de este informe es tener más conocimiento acerca de dispositivos
electrónicos y su funcionamiento tanto interno como aplicado en un sistema.
Asi como también el modo de construcción para sus
diferentes aplicaciones y usos que se le puedan dar a los dispositivos.
INTRODUCCION
En el amplificador El primer
amplificador electrónico fue construido en 1906 por el inventor estaunidense
Lee De Forest con ayuda de la primera versión de su invento: el audión. Pero
fue en 1908 cuando De Forest inventó el triodo, al intentar descubrir un método
para amplificar las ondas y al mismo tiempo, controlar el volumen del sonido.
Dobló una fina tira de alambre de platino, a la que denominó
"rejilla", nombre que perduró en las válvulas posteriores y la colocó
entre el filamento y la placa. Después encerró todo el aparato en una bombilla
de cristal.
TRANSISTORES
Materiales
Un transistor consiste en un sándwich de tres capas de
silicio especialmente tratado que se presionan juntas, con diminutos cables
conectados a cada capa. Un recipiente interior de plástico rodea y protege al
delicado silicio del daño y la contaminación. Un recipiente exterior, hecho de
plástico o metal, sostiene el recipiente interior y tres conductores. Cada
derivación se conecta a uno de los pequeños cables en el interior del
transistor, sirviendo así como soportes resistentes para el dispositivo.
Polaridad
Las dos
capas de silicio exteriores contienen trazas de impurezas llamadas dopantes que
causan que el silicio prefiera cargas eléctricas negativas. La capa interna
prefiere cargas positivas. El orden de las capas, negativo-positivo-negativo,
le da su nombre al transistor. El otro orden, positivo-negativo-positivo, se
obtiene en un transistor PNP. La polaridad de estos elementos dictamina cómo y
donde funciona en un circuito.
Usos
Los
transistores tienen dos funciones básicas en circuitos electrónicos:
conmutación y amplificación. Como un interruptor, un transistor puede convertir
una gran cantidad de corriente dentro y fuera de un pequeña corriente que lo
controla. Un interruptor mecánico también puede hacerlo, pero el transistor
puede cambiar a velocidades de hasta varios miles de millones de veces por
segundo y hacerlo de forma silenciosa y sin fricción o desgaste. La acción de
amplificación de un transistor también controla grandes corrientes con otras
pequeñas, en este caso, funciona en un rango de corrientes. Su capacidad para
controlar de manera confiable es de fundamental importancia para el.
El
transistor de unión bipolar es un
dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy
cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de
sus terminales. Los transistores bipolares se usan generalmente en electrónica
analógica. También en algunas aplicaciones de electrónica digital. Un
transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal
semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan
formadas tres regiones:
· Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.
· Base,
la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.
·
Colector, de extensión mucho mayor.
Los
transistores de tipo NPN aquellos que tienen mas N en su nombre, esto quiere
decir que utilizan "partículas" subatómicas de signo Negativo para transportar
la corriente.
Y que los de tipo PNP, es decir, aquellos con mas P en su nombre, por lo que utilizan "partículas" subatómicas de signo Positivo para transportar la corriente.
Esta diferencia es importante porque la forma de conectar estos transistores difiere dependiendo de si son de tipo NPN o PNP, debido a que la cuestión de los signos de voltaje de entrada difiere dependiendo de con cual transistor te encuentras trabajando. Otra diferencia que podemos manejar es el material con el que están elaborados ya que generalmente los PNP se construyen con Germanio mientras los NPN mas comúnmente son construidos con Silicio.
TRANSISTORES PNP
Un tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.
Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector.
La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo (esto en cuanto a su simbología).
TRANSISTORES NPN
NPN es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación.
Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector.
La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.
TRANSISTOR EN CORTE Y SATURACION
El
funcionamiento del transistor depende de la cantidad de corriente que pase por
su base
Cuando no pasa corriente por la
base, no puede pasar tampoco por sus otros terminales.
Se
dice entonces que el transistor está en
corte, es como si se tratara de
un interruptor abierto.
El transistor está en saturación cuando
la corriente en la base es muy alta; en ese caso se permite la circulación de
corriente entre el colector y el emisor y el transistor se comporta como si fuera un interruptor cerrado
El transistor trabaja en conmutación cuando puede pasar de
corte a saturación según la cantidad de corriente que reciba por su base.
El transistor como amplificador
Un
amplificador será tanto mejor cuanto mayor sea su ganancia y menor sea su
impedancia de entrada y salida.
En
cuanto a la frecuencia, los amplificadores dependen de esta, de forma que lo
que es válido para un margen de frecuencias no tiene porqué serlo
necesariamente para otro. De todas formas, en todo amplificador existe un
margen de frecuencias en el que la ganancia permanece prácticamente constante (banda
de paso del amplificador). El margen dinámico de un amplificador es la mayor
variación simétrica de la señal que es capaz de presentar sin distorsión a la
salida; normalmente expresado en voltios de pico (Vp)
o Voltios pico-pico (Vpp).
Ampliacion
Para
comprender el funcionamiento del transistor como amplificador, se partirá del
circuito de la figura, en el que el transistor se conecta en la configuración
denominada de emisor común.
El
generador Veb asegura que la unión
base-emisor esté polarizada en sentido directo. Una batería Vc (Vc
>> Vbe) proporciona la tensión de
polarización inversa a la unión del emisor.
El
circuito de entrada, en el que se aplicará la señal que se desea amplificar, es
el que contiene a la base y el emisor. El circuito de salida está conectado a
las terminales del colector y del emisor. Rc
es la resistencia de carga del circuito de salida.
Supondremos
que, cuando la tensión de entrada es nula (terminales de entrada
cortocircuitadas), las corrientes que circulan por cada terminal son Ie, Ib e I0, con los sentidos indicados en la figura.
A
continuación, se calcularán cuales son los incrementos que se producen en
dichas intensidades si se modifica ligeramente la tensión Web, aplicando una
ddp adicional a la entrada.
En
este desarrollo, se admitirá que el incremento de tensión aplicado, es lo
suficientemente pequeño para que las variaciones de intensidad que provoca
estén relacionadas linealmente con él.
Asimismo,
se despreciarán los efectos dinámicos producidos por la aplicación de una
diferencia de potencial, aplicada muy lentamente.
Existen
varios tipos que dependen de su proceso de construcción y de las apliaciones a
las que se destinan. Aquí abajo mostramos una tabla con los tipos de uso más
frecuente y su simbología:
Transistor Bipolar de Unión (BJT)
Transistor de Efecto de Campo, de Unión (JFET)
Transistor de Efecto de Campo, de Metal-Óxido-
Semiconductor (MOSFET)
Fototransistor
Nota: En un
esquema electrónico, los transistores se representan mediante su símbolo,
el número de transistor (Q1, Q2, ...) y el tipo de transistor.
Aquí podemos ver una selección de los
transistores más típicos, mostrando su encapsulado y distribución de patillas.
(Para ver la imagen en grande se puede hacer click sobre ella).
Cápsula
TO-3. Se utiliza para transistores de gran potencia, que siempre suelen
llevar un radiador de aluminio que ayuda a disipar la potencia que se genera
en él.
Arriba a la izquierda vemos su distribución de terminales, observando que el colector es el chasis del transistor. Nótese que los otros terminales no están a la misma distancia de los dos agujeros. A la derecha vemos la forma de colocarlo sobre un radiador, con sus tornillos y la mica aislante. La función de la mica es la de aislante eléctrico y a la vez conductor térmico. De esta forma, el colector del transistor no está en contacto eléctrico con el radiador. |
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Cápsula
TO-220. Se utiliza para transistores de menos potencia, para reguladores de
tensión en fuentes de alimentación y para tiristores y triacs de baja
potencia.
Generalmente necesitan un radiador de aluminio, aunque a veces no es necesario, si la potencia que van a disipar es reducida. Abajo vemos la forma de colocarle el radiador y el tornillo de sujección. Se suele colocar una mica aislante entre el transistor y el radiador, así como un separador de plástico para el tornillo, ya que la parte metálica está conectada al terminal central y a veces no interesa que entre en contacto eléctrico con el radiador. |
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Cápsula
TO-126. Se utiliza en transistores de potencia reducida, a los que no resulta
generalmente necesario colocarles radiador.
Arriba a la izquierda vemos la asignación de terminales de un transistor BJT y de un Tiristor. Abajo vemos dos transistores que tienen esta cápsula colocados sobre pequeños radiadores de aluminio y fijados con su tornillo correspondiente. |
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Cápsula
TO-92. Es muy utilizada en transistores de pequeña señal.
En el centro vemos la asignación de terminales en algunos modelos de transistores, vistos desde abajo. Abajo vemos dos transistores de este tipo montados sobre una placa de circuito impreso. Nótese la indicación "TR5" de la serigrafía, que indica que en ese lugar va montado el transistor número 5 del circuito, de acuerdo al esquema eléctrónico. |
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Cápsula
TO-18. Se utiliza en transistores de pequeña señal. Su cuerpo está formado
por una carcasa metálica que tiene un saliente que indica el terminal del Emisor.
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Cápsula
miniatura. Se utiliza en transistores de pequeña señal. Al igual que el
anterior, tienen un tamaño bastante pequeño.
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Amplificador operacional
Se
trata de un dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado que tiene dos entradas y una
salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un
factor (G) (ganancia):
Vout = G·(V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741.
Vout = G·(V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741.
Originalmente
los A.O. se empleaban para operaciones matematicas (suma, resta, multiplicacion, division, integracion, derivacion, etc.) en calculadoras analogicas. De ahí su nombre.
El
A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia
de entrada infinita, un
ancho de banda también infinito, una impedancia de
salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la
impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero.
Notación
El
símbolo de un amplificador es el mostrado en la siguiente figura:
Los
terminales son:
- V+: entrada no inversora
- V-: entrada inversora
- VOUT: salida
- VS+: alimentación positiva
- VS-: alimentación negativa
Los
terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en
los A.O. basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para
los basados enBJT son VCC y VEE.
Habitualmente
los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos por
claridad.
Comportamiento en corriente continua (DC)
Lazo abierto
Realimentacion la salida del A. O. será la resta de sus dos entradas multiplicada por un
factor. Este factor suele ser del orden de 100.000(que se considerará infinito
en cálculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las
dos tensiones es de 1V la salida debería ser 100.000.000 V. Debido a la
limitación que supone no poder entregar más tension de la que
hay en la alimentación, el A. O. estará saturado si se da este caso. Esto será
aprovechado para su uso en comparadores, como se verá más adelante. Si la
tensión más alta es la aplicada a la patilla + (entrada no inversora) la salida
será VS+, mientras que si la tensión más alta es la del pin -
(entrada inversora) la salida será la alimentación VS-.
Lazo cerrado o realimentado
Se
conoce como lazo cerrado a la realimentación en un circuito. Aquí aparece una
realimentación negativa. Para conocer el funcionamiento de esta configuración
se parte de las tensiones en las dos entradas exactamente iguales, se supone
que la tensión en la pata + sube y, por tanto, la tensión en la salida también
se eleva. Como existe la realimentación entre la salida y la pata -, la tensión
en esta pata también se eleva, por tanto la diferencia entre las dos entradas
se reduce, disminuyéndose también la salida. Este proceso pronto se estabiliza,
y se tiene que la salida es la necesaria para mantener las dos entradas,
idealmente, con el mismo valor.
Siempre
que hay realimentación negativa se aplican estas dos aproximaciones para
analizar el circuito:
- V+ = V- (lo que se conoce como principio del cortocircuito virtual).
- I+ = I- = 0
Cuando
se realimenta negativamente un amplificador operacional, al igual que con
cualquier circuito amplificador, se mejoran algunas características del mismo
como una mayor impedancia en la entrada y una menor impedancia en la
salida. La mayor impedancia de entrada da lugar a que la corriente de entrada
sea muy pequeña y se reducen así los efectos de las perturbaciones en la señal
de entrada. La menor impedancia de salida permite que el amplificador se
comporte como una fuente electrica de mejores características.
Además, la señal de salida no depende de las variaciones en la ganancia del
amplificador, que suele ser muy variable, sino que depende de la ganancia de la
red de realimentación, que puede ser mucho más estable con un menor coste.
Asimismo, la frecuencia de corte superior es mayor al
realimentar, aumentando el ancho de banda.
Asimismo,
cuando se realiza realimentación positiva (conectando la salida a la entrada no
inversora a través de un cuadripolo determinado) se buscan efectos muy
distintos. El más aplicado es obtener un oscilador
para generar señales oscilantes.
Comportamiento en corriente alterna (AC)
En
principio la ganancia calculada para continua puede ser aplicada para alterna,
pero a partir de ciertas frecuencias aparecen limitaciones.
Ganancia (electrónica)
En
electrónica, la ganancia, en lo
referido a señales eléctricas, es una magnitud que expresa la relación entre la
amplitud de una señal de salida respecto a la señal de entrada. Por lo tanto,
la ganancia es una magnitud dimensional, que se mide en
unidades como belio
(símbolo: B) o submúltiplos de éste como el decibelio
(símbolo: dB).
Por
ejemplo, si la potencia de salida de un amplificador es 40 W (vatios) y la de
entrada era de 20 W, la ganancia sería de 10 log (40 W / 20 W) ≈ 3,0103 dB.
Cuando
la ganancia es negativa (menor que 0), hablamos de atenuación. Así, en el ejemplo anterior pero al revés: 40 W de
entrada, frente 20 W de salida, el resultado sería de -3,0103 dB. No
hablaríamos de una ganancia de -3 dB, sino de una atenuacion
de 3 dB.
Tipos de ganancia
Aunque la ganancia, como se ha dicho, es adimensional,
sin embargo se refiere a cierta magnitud, con lo que tenemos:
Ganancia de potencia
Ganancia en tensión
Ganancia en corriente
Además existen ganancias "especiales" para
determinados componentes:
- Ganancia de antena. Es la relación entre la potencia entregada por la antena y la potencia que entregaría una antena isotropica.
- Ganancia de conversión. En el caso de mezcladores, determina la potencia de salida, a la frecuencia 2, dividida por la potencia de entrada, a frecuencia 1.
- Ganancia de transducción. Es la relación entre la potencia de una magnitud de entrada, por ejemplo: presión, y la potencia eléctrica entregada.
Impedancia
La
impedancia (Z) es la medida de
oposición que presenta un circuito a una corriente cuando se aplica un voltaje.
La impedancia extiende el concepto de resistencia a los circuitos de corriente alterna (CA), y posee tanto en magnitud y fase, a diferencia de la
resistencia, que sólo tiene magnitud. Cuando un circuito es accionado con corriente continua (CC), no hay distinción entre
la impedancia y la resistencia; este último puede ser pensado como la
impedancia con ángulo de fase cero.
Es
una magnitud que establece la relación (cociente) entre la tension y la intensidad de corriente. Tiene
especial importancia si la corriente varía en el tiempo, en cuyo caso, ésta, el
voltaje y la propia impedancia se describen con números complejos o funciones
del análisis armónico. Su módulo (a veces inadecuadamente llamado impedancia)
establece la relación entre los valores máximos o los valores eficaces del
voltaje y de la corriente. La parte real de la impedancia es la resistencia y su parte imaginaria es la reactancia.
El concepto de impedancia generaliza la ley de Ohm
en el estudio de circuitos en corriente alterna (AC).
El
término fue acuñado por Oliver heaviside en 1886. En general, la solución
para las corrientes y las tensiones de un circuito formado por resistencias, condensadores e inductancias
y sin ningún componente de comportamiento no lineal, son soluciones de ecuaciones difereciales Pero, cuando
todos los generadores de voltaje y de corriente tienen la misma frecuencia
constante y sus amplitudes son constantes, las soluciones en estado estacionario (cuando todos los fenómenos
transitorios han desaparecido) son sinusoidales y todos los voltajes y
corrientes tienen la misma frecuencia que los generadores y amplitud constante.
La fase, sin embargo, se verá afectada por la parte compleja (reactancia) de la
impedancia.
El
formalismo de las impedancias consiste en unas pocas reglas que permiten
calcular circuitos que contienen elementos resistivos, inductivos o capacitivos
de manera similar al cálculo de circuitos resistivos en corriente continua.
Esas reglas sólo son válidas en los casos siguientes:
- En régimen permanente con corriente alterna sinusoidal. Es decir, que todos los generadores de tensión y de corriente son sinusoidales y de la misma frecuencia, y que todos los fenómenos transitorios que pueden ocurrir al comienzo de la conexión se han atenuado y desaparecido completamente.
- Si todos los componentes son lineales. Es decir, componentes o circuitos en los cuales la amplitud (o el valor eficaz) de la corriente es estrictamente proporcional a la tensión aplicada. Se excluyen los componentes no lineales como los diodos. Si el circuito contiene inductancias con núcleo ferromagnetico (que no son lineales), los resultados de los cálculos sólo podrán ser aproximados y eso, a condición de respetar la zona de trabajo de las inductancias.
Cuando
todos los generadores no tienen la misma frecuencia o si las señales no son
sinusoidales, se puede descomponer el cálculo en varias etapas en cada una de
las cuales se puede utilizar el formalismo de impedancias
Definición
Sea
un componente eléctrico o electronico o un circuito alimentado por una
corriente sinusoidal .
Si el voltaje a sus extremos es ,
la impedancia del circuito o del
componente se define como un numero complejo cuyo módulo es el
cociente y
cuyo argumento es 
.
.
Es
la oposición total (Resistencia, Reactancia inductiva, Reactancia capacitiva)
sobre la corriente
Como
el voltaje y las corrientes son sinusoidales, se pueden utilizar los valores pico (amplitudes), losvalores eficaces, los valores pico a pico o los valores medios. Pero hay que cuidar de tratarlos
uniformemente y no mezclar los tipos. El resultado de los cálculos será del
mismo tipo que el utilizado para los generadores de voltaje o de corriente.
Impedancia
La
impedancia puede representarse como la suma de una parte real y una parte
imaginaria:
Z= R+jX
es
la parte resistiva o real de la impedancia y 
es la parte reactiva o imaginaria de la impedancia. Básicamente hay dos clases o tipos de
reactancias:
es la parte reactiva o imaginaria de la impedancia. Básicamente hay dos clases o tipos de
reactancias:- Reactancia inductiva o XL: Debida a la existencia de inductores.
- Reactancia capacitiva o XC: Debida a la existencia de capacitores.
Inversor
Un
Opamp Inversor invierte la señal de entrada y le da una ganancia de acuerdo al
valor que tomen RF y R1, la ganancia puede ser menor que uno, igual a uno o
mayor que uno. ¡¡¡¡OJO!!!! La señal de entrada se invierte, no se desfasa 180
grados. Presenta una impedancia de entrada igual a R1, es decir presenta
una muy mala impedancia de entrada comparado con un Opamp seguidor o con un
Opamp no inversor. La impedancia de salida es pequeña (por el orden de milis de
Ohm), que garantiza que la totalidad de la señal de salida quede en la
carga (RL).
Para
balancear el circuito (Eliminar corriente de Bias), basta con poner una
resistencia de valor igual al paralelo entre RF y R1 en el pin no inversor.
Esta resistencia no afecta el análisis del Opamp no inversor.
No inversor
Un
Opamp no inversor como su nombre lo dice no invierte la señal de salida,
presenta una ganancia mayor o igual que uno, de acuerdo al valor que tomen las
resistencias RF y R1. La impedancia de entrada es alta (por el orden de Megas
de Ohm o mas), con lo que se garantiza una baja potencia de entrada y la no
distorsión de la señal de entrada. Tiene una baja impedancia de salida
(por el orden de milis de Omh o menos), con lo cual se asegura que la totalidad
de la señal de salida caerá en la RL.
Para
balancear el circuito (Eliminar la corriente de Bias), basta con colocar una
resistencia en serie a la entrada de valor igual al paralelo de RF y R1. Esta
resistencia no afecta el análisis del Opamp no inversor.
Amplificadores operacionales.
Estos circuitos integrados lograron un gran salto en la electrónica, ya que abrieron muchas posibilidades en el diseño de equipos de audio, comparadores de voltaje, etc. aunque al principio se diseñaron pensando en otros usos (Calculadoras analógicas).Los amplificadores operacionales de uso general están formados por muchos transistores,
algunos utilizan JFETs o MOSFETs y hay amplificadores operacionales fabricados completamente con la tecnología CMOS como LinCMOS ® (Marca registrada de Texas Instruments).
Los operacionales más comunes son JRC4558, MC1458, LM358, LM341.
También con entrada a JFET el LF351 y el circuito operacional de precisión OPA227.
Un ejemplo de operacional que utiliza la tecnología LinCMOS ® es el TLC274.
El CA3140 utiliza entrada a MOSFET. (No lo he utilizado, hoja de datos aquí: CA3140.).
No todos son iguales, y por ello debemos conocer sus características antes de escoger alguno para nuestro proyecto.
Por ejemplo el 4558 se utiliza mucho en audio y su relación de ganancia contra ruido es más que aceptable, pero como comparador de voltaje no es recomendable, y si es para amplificar milivoltios de celdas de carga (romanas electrónicas) o termocuplas son la peor elección, pero hay amplificadores operacionales especiales para ello como el OPA227 y el OP77.
Amplificadores operacionales con audio:
La mayoría de amplificadores
operacionales trabajan bien con sonido, es muy utilizado el JRC4558, que
son dos operacionales en un chip de 8 patillas, similar al LM358.
También se utiliza el LM348 de 4 operacionales en un chip con 14 patillas
similar al LM324.
Y además de las presentaciones con solo un operacional que tiene ajuste de "offset" como el LM741.
Y además de las presentaciones con solo un operacional que tiene ajuste de "offset" como el LM741.
Siendo más versátiles en la alimentación los circuitos integrados LM358 y LM324, que pueden operar en voltajes más bajos y en fuente simple sin perder su desempeño habitual.
El LM741 cuenta con ajuste de "offset" que en aplicaciones de audio se dejan las patillas libres.
Actualmente existen gran cantidad de amplificadores operacionales que vienen con las mismas conexiones de las patillas ya que es un estándar, y se desarrollan más en versiones de superficie.
Amplificadores operacionales con fuente
simple:
Cuando
se utiliza una fuente simple podemos utilizar los ejemplos siguientes donde se
utiliza un divisor de tensión formador por R4 y R5
Se utilizan capacitores electrolíticos para acoplar tanto la entrada como la salida.
Se utilizan capacitores electrolíticos para acoplar tanto la entrada como la salida.
Amplificador
inversor
Amplificador
no inversor
Este ejemplo fue realizado con un LM358 y una
fuente de 9 voltios, el capacitor C4 puede ser de 100µF/16 voltios
y los demás capacitores de 10 voltios o más.
La ganancia se calcula igual que en los diseños teóricos, suponiendo que la impedancia de los capacitores es 0Ω.
y los demás capacitores de 10 voltios o más.
La ganancia se calcula igual que en los diseños teóricos, suponiendo que la impedancia de los capacitores es 0Ω.
Amplificadores operacionales utilizando fuente dual:
La fuente más común en equipos de audio que utilizan amplificadores operacionales como mezcladoras (mixer), ecualizadores profesionales, crossover, etc. es una fuente doble o dual de ±15 voltios.
Cuando se nos hace confuso pensar en un común (tierra o masa) y una alimentación negativa de -15 voltios, además de la alimentación positiva de +15 voltios.
Podemos pensar que es una fuente de 30 voltios con una derivación central a 15 voltios, que aunque no es la manera correcta nos ayuda a entender estas fuentes.
La fuente ideal es utilizando un transformador con derivación central, rectificada y regulada con circuitos integrados.
El regulador positivo puede ser LM7815, L7815 o equivalente, y el regulador negativo es LM7915, L7915 o similar. Puede ser necesario conectar capacitores en la alimentación cerca de los amplificadores operacionales para evitar ruidos u oscilaciones.
Si la fuente es de voltaje algo menor, se pueden utilizar reguladores de 12 voltios, la fuente debe dar más de 3 voltios que el voltaje regulado para garantizar estabilidad.
Cuando disponemos de un transformador de 14 voltios sin derivación central podemos utilizar una forma de duplicar el voltaje
En la mayoría de equipos de audio se colocan los capacitores electrolíticos de acople en la entrada y salida aún utilizando fuente dual, aunque generalmente no son indispensables.
Amplicador inversor
Amplicador no inversor
Los valores de las
resistencias se calculan igual que los ejemplos anteriores.
Los amplificadores operacionales son ideales para construir ecualizadores, cross-over y filtros notch, utilizando filtros activos de audio, pasa bajos, pasa altos y filtros pasabanda.
Que llevan un tratado solo para ellos, que publicaremos en el futuro.
Los amplificadores operacionales son ideales para construir ecualizadores, cross-over y filtros notch, utilizando filtros activos de audio, pasa bajos, pasa altos y filtros pasabanda.
Que llevan un tratado solo para ellos, que publicaremos en el futuro.
Amplificadores operacionales como comparadores de voltaje:
En muchas ocasiones se utilizan amplificadores operacionales como comparadores de voltaje, que aunque hay circuitos integrados especiales para dicho fin como el LM311 (1 comparador) y el LM339 (4 comparadores), muchas veces utilizamos los operacionales porque cada sección realiza una función diferente, por ejemplo una sección amplifica el voltaje, otra compara y las otras dos como preamplificadores de audio.Y también que hay operacionales modernos con valores de "offset" muy bajos y elevadísima precisión.
Hay que tomar en cuenta que los circuitos integrados comparadores y los amplificadores operacionales llevan conexiones de patillas diferentes.
Como comparador de voltaje no recomiendo el LM741, LF353, ni 4558.
En circuitos como apagadores con fotoceldas y controles de temperatura con termoresistencias NTC me han funcionado bien el LM324 (KA324) y el LM358. Para equipos de mayor precisión es preferible utilizar operacionales como el OPA227, OP77 o el TLC279.
Un ejemplo de comparador de voltaje:
Cuando el voltaje en la entrada (+) es mayor que la entrada(-) la salida es positiva.
En el ejemplo hay una resistencia (R4) que crea una realimentación positiva como disparador de Schmitt (Schmitt-trigger).
Amplificadores Operacionales Son dispositivos
electrónicos que amplifican señales con una gran ganancia, típicamente del
orden de 10^5 ó 10^6 veces. La figura muestra la representación de un
operacional, con la entrada inversora (-) y no inversora (+) y en el otro lado
se representar la salida. El dispositivo amplificará la diferencia entre ambas
entradas.
Las
primeras veces que se utilizaron los amplificadores operacionales fue en los
computadores analógicos, hacia mediados del s. XX e implementados con tubos de
vacío. Realizaban sumas, diferencias, multiplicación, diferenciación e
integración, y todo ello de forma analógica. De aquí se deriva su nombre
“amplificador operacional”. Las características principales de un operacional
son:
1. La impedancia de entrada es muy alta, del
orden de megohms.
2. La
impedancia de salida Zout es muy baja, del orden de 1 ohm
3. Las entradas apenas drenan corriente, por
lo que no suponen una carga.
4. La
ganancia es muy alta, del orden de 10^5 y mayor.
5. En lazo cerrado, las entradas inversora y
no inversora son prácticamente iguales. 1. Amplificador no inversor Por la
característica 5), -vin = vin R1 y R2 forman un divisor de tensión, cuya
entrada es vout y la salida del divisor es –vin. O sea: -vin = vin = vout R1 /
(R1+R2) Ganancia = Av = vout/vin = 1+R2/R1 La impedancia de entrada Zin es muy
elevada, mientras que la impedancia de salida Zout vale unas décimas de ohm. La
señal de salida está en fase con la entrada por ser inyectada por la entrada no
inversora. 2. Amplificador inversor La entrada no inversora está a tierra, y
por la característica 5), A también lo estará. Por tanto, la tensión en R2 vale
vout, y la tensión en R1 vale vin, y por tanto la ganancia vale: Av = -vout /
vin = -R2 / R1 El signo menos por ser la señal invertida en fase. La impedancia
de entrada Zin vale R1, puesto que como dijimos, A está puesto a tierra a
efectos prácticos. La impedancia de salida Zout vale una fracción de ohm.
Ejemplo: Algunos ejemplos de los amplificadores operacionales son los
siguientes:
• Derivador
•
Amplificador de instrumentación
•
Sumador Inversor
Resumen
TRANSISTORES
Materiales
Un transistor consiste en un
sándwich de tres capas de silicio especialmente tratado que se presionan
juntas, con diminutos cables conectados a cada capa. Un recipiente interior de
plástico rodea y protege al delicado silicio del daño y la contaminación. Un
recipiente exterior, hecho de plástico o metal, sostiene el recipiente interior
y tres conductores. Cada derivación se conecta a uno de los pequeños cables en
el interior del transistor, sirviendo así como soportes resistentes para el
dispositivo.
Polaridad
Las dos capas de silicio exteriores contienen trazas
de impurezas llamadas dopantes que causan que el silicio prefiera cargas
eléctricas negativas. La capa interna prefiere cargas positivas. El orden de
las capas, negativo-positivo-negativo, le da su nombre al transistor. El otro
orden, positivo-negativo-positivo, se obtiene en un transistor PNP. La
polaridad de estos elementos dictamina cómo y donde funciona en un circuito.
Usos
Los transistores tienen dos funciones básicas en
circuitos electrónicos: conmutación y amplificación. Como un interruptor, un
transistor puede convertir una gran cantidad de corriente dentro y fuera de un
pequeña corriente que lo controla. Un interruptor mecánico también puede hacerlo,
pero el transistor puede cambiar a velocidades de hasta varios miles de
millones de veces por segundo y hacerlo de forma silenciosa y sin fricción o
desgaste. La acción de amplificación de un transistor también controla grandes
corrientes con otras pequeñas, en este caso, funciona en un rango de
corrientes. Su capacidad para controlar de manera confiable es de fundamental
importancia para el
Los
transistores de tipo NPN aquellos que tienen mas N en su nombre, esto quiere
decir que utilizan "partículas" subatómicas de signo Negativo para
transportar la corriente.
TRANSISTOR
EN CORTE Y SATURACION
El
funcionamiento del transistor depende de la cantidad de corriente que pase por
su base
Cuando
no pasa corriente por la base, no puede pasar tampoco por sus otros terminales.
Se
dice entonces que el transistor está en
corte, es como si se tratara de
un interruptor abierto.
El
transistor está en saturación
cuando la corriente en la base es muy alta; en ese caso se permite la
circulación de corriente entre el colector y el emisor y el transistor se
comporta como si fuera un interruptor
cerrado
El
transistor trabaja en conmutación cuando puede pasar de
corte a saturación según la cantidad de corriente que reciba por su base.
El transistor como amplificador
Un amplificador
será tanto mejor cuanto mayor sea su ganancia y menor sea su impedancia de
entrada y salida.
CUESTIONARIO
Un transistor consiste en un
sándwich de tres capas de silicio especialmente tratado que se presionan juntas,
con diminutos cables conectados a cada capa. Un recipiente interior de plástico
rodea y protege al delicado silicio del daño y la contaminación. Un recipiente
exterior, hecho de plástico o metal, sostiene el recipiente interior y tres
conductores. Cada derivación se conecta a uno de los pequeños cables en el
interior del transistor, sirviendo así como soportes resistentes para el
dispositivo.
2.-¿Cómo funciona la polaridad en un transistor?
Las dos capas de silicio exteriores
contienen trazas de impurezas llamadas dopantes que causan que el silicio
prefiera cargas eléctricas negativas. La capa interna prefiere cargas
positivas. El orden de las capas, negativo-positivo-negativo, le da su nombre
al transistor. El otro orden, positivo-negativo-positivo, se obtiene en un
transistor PNP. La polaridad de estos elementos dictamina cómo y donde funciona
en un circuito.
Los transistores tienen dos
funciones básicas en circuitos electrónicos: conmutación y amplificación. Como
un interruptor, un transistor puede convertir una gran cantidad de corriente
dentro y fuera de un pequeña corriente que lo controla. Un interruptor mecánico
también puede hacerlo, pero el transistor puede cambiar a velocidades de hasta
varios miles de millones de veces por segundo y hacerlo de forma silenciosa y
sin fricción o desgaste. La acción de amplificación de un transistor también
controla grandes corrientes con otras pequeñas, en este caso, funciona en un
rango de corrientes. Su capacidad para controlar de manera confiable es de fundamental
importancia para el.
El
transistor de unión bipolar es un
dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy
cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de
sus terminales. Los transistores bipolares se usan generalmente en electrónica
analógica. También en algunas aplicaciones de electrónica digital. Un
transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal
semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan
formadas tres regiones
· Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.
·
Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.
·
Colector, de extensión mucho mayor.
Los transistores de tipo NPN aquellos que tienen mas N en su nombre, esto quiere decir que utilizan "partículas" subatómicas de signo Negativo para transportar la corriente.
Y que los de tipo PNP, es decir, aquellos con mas P en su nombre, por lo que utilizan "partículas" subatómicas de signo Positivo para transportar la corriente.
Esta diferencia es importante porque la forma de conectar estos transistores difiere dependiendo de si son de tipo NPN o PNP
7.-¿Cómo se ocupa un transistor como amplificador?
Un amplificador será tanto mejor cuanto mayor sea su
ganancia y menor sea su impedancia de entrada y salida.
En
cuanto a la frecuencia, los amplificadores dependen de esta, de forma que lo
que es válido para un margen de frecuencias no tiene porqué serlo
necesariamente para otro. De todas formas, en todo amplificador existe un
margen de frecuencias en el que la ganancia permanece prácticamente constante
(banda de paso del amplificador). El margen dinámico de un amplificador es la
mayor variación simétrica de la señal que es capaz de presentar sin distorsión
a la salida; normalmente expresado en voltios de pico8.-¿Cómo funciona un amplificador operacional?
Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G)
9.-¿Qué es la impedancia?
La impedancia (Z) es la medida de oposición que presenta un circuito
a una corriente cuando se aplica un voltaje. La impedancia extiende el concepto
de resistencia a los circuitos de corriente alterna (CA), y posee tanto en magnitud y fase, a diferencia de la
resistencia, que sólo tiene magnitud. Cuando un circuito es accionado con coerriente continua (CC), no hay distinción entre
la impedancia y la resistencia; este último puede ser pensado como la
impedancia con ángulo de fase cero.
10.-¿Qué diferencia hay entre un transistor de corte y saturacion?
El funcionamiento del transistor depende
de la cantidad de corriente que pase por su base
Cuando no
pasa corriente por la base, no puede pasar tampoco por sus otros terminales.
Se dice entonces que el transistor está en corte, es como si se tratara de un interruptor abierto.
El transistor está en saturación cuando la corriente en la base es
muy alta; en ese caso se permite la circulación de corriente entre el colector
y el emisor y el transistor se comporta como
si fuera un interruptor cerrado
http://www.proyectoelectronico.com/amplificadores-audio/amplificadores-operacionales.html
http://transistores--pnp-npn.wikispaces.com/
http://jamesislive.blogspot.mx/
http://pictureglass-t.blogspot.mx/2012/10/transistores.html
http://thales.cica.es/cadiz2/ecoweb/ed0184/Tema2/2.4.1.htm
http://www.monografias.com/trabajos45/amplificadores-operacionales/amplificadores-operacionales2.shtml
http://electroudi.blogspot.mx/2013/09/el-transistor-de-union-bipolar-bjt.html
https://docs.google.com/document/d/1O5iGRk98fPSJu3IUEzIq9zV12IWyv6aa3JvW6As46D4/edit
https://docs.google.com/document/d/1O5iGRk98fPSJu3IUEzIq9zV12IWyv6aa3JvW6As46D4/edit
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