Amplificador Operacional como Inversor. Masa virtual bien explicada. (Clase 61)
Summary
TLDREn este video, el instructor explica cómo analizar un circuito de amplificador utilizando un amplificador operacional con retroalimentación negativa. Destaca que la ganancia del circuito depende de la red de retroalimentación y no del amplificador en sí. Asegura que, al considerar al amplificador fuera de la zona de saturación, se puede simplificar el análisis al considerar la tensión de entrada diferencial como nula. Presenta una fórmula para calcular la ganancia del amplificador en función de los valores de resistencia y advierte sobre los riesgos de trabajar con altas resistencias. Finalmente, menciona cómo el amplificador maneja señales de entrada triangulares y cómo esto afecta la salida en términos de saturación y forma de onda.
Takeaways
- 📚 Aprender a analizar un circuito amplificador con un amplificador operacional (op-amp).
- 🔁 Comprender la importancia del retroalimentación negativa en la mayoría de las aplicaciones de op-amps.
- 🔗 La conexión entre el terminal de salida y el terminal de entrada inversa (input negativo) crea un retroalimentación negativa.
- 🎚️ El ganancia del circuito depende de la red de retroalimentación, no del amplificador en sí.
- ⚖️ Se asume que el op-amp no está saturado y se considera que la diferencia de voltaje en los terminales de entrada es insignificante.
- 🔩 La tensión en el punto G (ground) es crucial y se mantiene a cero volts en condiciones de no saturación.
- 🔌 La corriente que fluye a través de los resistores es determinada por la polarización y se considera que es muy pequeña.
- 📉 El voltaje de salida del amplificador es determinado por la ley de Ohm, teniendo en cuenta el signo de la corriente que entra a través del terminal negativo.
- 🔼 El ganancia del amplificador se puede calcular fácilmente como la relación entre los valores de los resistores R1 y R2.
- ⚠️ Es importante tener en cuenta las limitaciones del op-amp, como la saturación y cómo afecta el comportamiento del circuito.
- 📈 Al aumentar el voltaje de entrada, se debe tener en cuenta que el op-amp podría saturar, lo que limita el voltaje de salida.
- 🔍 Al analizar circuitos con op-amps, siempre se debe considerar el caso de no saturación para obtener la expresión relacionada con la entrada y la salida.
Q & A
¿Qué es un amplificador de operación y qué es su función principal?
-Un amplificador de operación, o op-amp, es un circuito integrado que amplifica pequeñas diferencias de voltaje entre sus entradas. Su función principal es amplificar señales, y es comúnmente utilizado en aplicaciones que requieren retroalimentación negativa para estabilizar y controlar el ganancia del circuito.
¿Qué es la retroalimentación negativa y cómo se implementa en un circuito con un amplificador de operación?
-La retroalimentación negativa es una técnica utilizada para estabilizar y controlar el comportamiento de un circuito. Se implementa conectando el terminal de salida del amplificador con su entrada negativa o inverting, lo que reduce la ganancia del circuito y lo mantiene estable.
¿Cómo se determina el ganancia de un amplificador de operación con retroalimentación negativa?
-El ganancia de un amplificador de operación con retroalimentación negativa depende de la red de retroalimentación y no del amplificador en sí. Se llama beta y se analiza a través de la red de retroalimentación, generalmente determinada por la relación de los resistores en el circuito.
¿Qué es el concepto de 'punto g' mencionado en el script y por qué es importante?
-El 'punto g' es un punto crítico en el circuito que se considera aislado y con potencial cero. Es importante porque se utiliza para analizar el comportamiento del circuito, asumiendo que no hay diferencia de voltaje entre este punto y la masa virtual, lo que simplifica el análisis de la señal en el circuito.
¿Cómo se calcula la tensión de salida de un amplificador de operación en función de la tensión de entrada y los resistores?
-La tensión de salida se calcula a través de la fórmula: tensión de salida = - (ganancia) × (tensión de entrada - tensión en el punto g). El signo negativo indica que la tensión de salida está invertida con respecto a la tensión de entrada.
¿Qué sucede si el amplificador de operación se satura?
-Si el amplificador de operación se satura, no puede seguir amplificando la señal y alcanza su límite de voltaje de salida máximo o mínimo. Esto resulta en una señal de salida cortada que no sigue la forma de onda de la señal de entrada.
¿Cómo se evita que un amplificador de operación se sature durante su funcionamiento?
-Para evitar la saturación, se deben elegir valores de resistencia adecuados y mantener el amplificador en su zona de línea, donde opera de manera estable y no se satura fácilmente. Además, se debe diseñar el circuito para que la señal de entrada no exceda los límites de voltaje del amplificador.
¿Qué es la masa virtual y cómo se relaciona con el funcionamiento del amplificador de operación?
-La masa virtual es un concepto que se refiere a la ausencia de corriente de polarización en las entradas del amplificador de operación ideal. Esto significa que no hay corriente fluyendo hacia el amplificador, lo que simplifica el análisis del circuito y se cumple cuando el amplificador está trabajando en zona lineal y no está saturado.
¿Cómo se pueden calcular las picos de tensión en la salida del amplificador si se sabe la forma de onda de la entrada?
-Se pueden calcular las picos de tensión de salida aplicando la fórmula de ganancia del amplificador a la tensión de entrada y teniendo en cuenta los límites de voltaje de saturación del amplificador. Si la ganancia y la tensión de entrada se conocen, se pueden predecir los picos de tensión de salida antes de la saturación.
¿Qué se debe tener en cuenta al diseñar un circuito de amplificador de operación para que no se sature y se mantenga estable?
-Al diseñar un circuito, se deben considerar valores de resistencia adecuados para evitar grandes variaciones y posibles instabilidades. Además, es importante trabajar con retroalimentación negativa y asegurarse de que el amplificador no se sature, manteniendo su funcionamiento en la zona lineal.
Outlines
😀 Introducción al análisis de circuitos de amplificador con operacional
El primer párrafo presenta un tutorial sobre cómo analizar un circuito de amplificador utilizando un operacional con retroalimentación negativa. Se menciona que la mayoría de las aplicaciones de operacionales implican retroalimentación negativa, la cual se identifica fácilmente al conectar el terminal de salida con el terminal de entrada inverso. Se asume que el amplificador no está saturado y se utiliza la teoría de que la corriente de polarización es insignificante, lo que permite la simplificación del análisis del circuito. Se enfatiza que el ganancia del circuito dependerá de la red de retroalimentación y no del amplificador en sí, y se describe cómo se puede analizar fácilmente este tipo de circuitos.
😉 Explicación de la retroalimentación negativa y su efecto en el circuito
El segundo párrafo profundiza en el concepto de retroalimentación negativa, explicando cómo se establece al conectar el terminal de salida con el de entrada inverso y cómo esto influye en el comportamiento del circuito. Se discute cómo la retroalimentación negativa permite controlar el ganancia del circuito a través de la red de retroalimentación, y se da un ejemplo práctico de cómo calcular el ganancia utilizando resistencia R1 y R2. Además, se menciona la importancia de la dirección de la corriente y cómo afecta la tensión en los componentes del circuito, destacando la convención de signos en la ley de Ohm.
😐 Ejemplo práctico y limitaciones del análisis de amplificadores
En el tercer párrafo, se proporciona un ejemplo práctico de cómo se comporta el circuito al introducir una tensión de entrada triangular. Se calcula la tensión de salida teóricamente y se discuten las limitaciones que surgen cuando el operacional alcanza su límite de saturación. Se hace hincapié en que, aunque el análisis es sencillo, es crucial tener en cuenta que el operacional no puede amplificar más allá de su rango de tensión máximo y que esto puede resultar en una señal cortada en la salida. Además, se introduce el concepto de 'virtual mass' y cómo se mantiene cuando el amplificador está en funcionamiento lineal.
😁 Análisis del circuito equivalente y consideraciones finales
El cuarto y último párrafo finaliza el tutorial analizando el circuito equivalente del amplificador, tomando en cuenta que el operacional no circula corriente y tiene una impedancia de entrada infinita. Se utiliza un método de análisis de circuitos para calcular la tensión en un punto crítico del circuito, y se resalta la importancia de realizar el análisis asumiendo que el operacional no está saturado. Se ofrece una expresión que relaciona la salida con la entrada y se sugiere que en casos de saturación, se debe analizar el circuito equivalente para comprender mejor el comportamiento del amplificador. Finalmente, se invita a los espectadores a hacer preguntas y a suscribirse para recibir notificaciones de nuevos videos.
Mindmap
Keywords
💡Amplificador de operaciones
💡Retroalimentación negativa
💡Ganancia
💡Punto de corte
💡Saturación
💡Resistores
💡Corriente de polarización
💡Voltaje diferencial
💡Análisis de circuitos
💡Corte de señal
Highlights
Explicación de cómo analizar un circuito de amplificador con un amplificador operacional de voucher.
Introducción a los conceptos básicos del amplificador operacional y la importancia de la retroalimentación negativa en sus aplicaciones.
La retroalimentación negativa se identifica fácilmente al conectar la salida del amplificador con su entrada inversa.
El ganancia del circuito depende de la red de retroalimentación y no del amplificador en sí.
Análisis del circuito asumiendo que el amplificador operacional no está saturado y trabajando en zona lineal.
La teoría del punto G, un punto crucial en el circuito donde la diferencia de potencial es nula.
La corriente que entra a través del nodo y su influencia en la tensión en el circuito.
La importancia de la dirección de la corriente y cómo afecta la tensión en un resistor.
Cómo calcular la tensión de salida del amplificador utilizando la ley de Ohm y la corriente de entrada.
La relación entre el ganancia del amplificador y los valores de resistencia R1 y R2.
Cómo ajustar los valores de R1 y R2 para obtener un amplificador de ganancia deseado.
Limitaciones del amplificador operacional cuando se satura y cómo afecta la señal de entrada.
La teoría del 'pico' y cómo se manifiesta en señales de entrada al trabajar con amplificadores no saturados.
Análisis del circuito utilizando el circuito equivalente del amplificador operacional en caso de saturación.
Cálculo de la tensión en el punto G utilizando el circuito equivalente del amplificador.
Importancia de analizar los circuitos asumiendo que los amplificadores operacionales no están saturados.
Conclusión del análisis del circuito de amplificador y su comportamiento teórico frente a la práctica.
Invitación a los espectadores a hacer preguntas, comentar y suscribirse para más contenido.
Transcripts
well in this video I'll explain how to analyze an amplifier circuit
with a voucher operational amplifier and understand what the famous virtual mass
my name is open it chains and it starts
right as you already explained in the introductory class operational amplifier
concepts basic that you must have most of the applications with operational
amplifiers have negative feedback and I already explained to you the negative realization identifies very
easily it is worth very easily it consists in seeing that we have connected the output
terminal with the inverting input terminal with the negative input always that we join electrically in
this case I have it joined in common with no resistance with a resistor I can also join it with a diode
that conducts with a transistor that conducts with a capacitor like a coil with any
electronic element if we connect the output terminal with the inverting input terminal we are doing
a negative feedback so it identi fica simply well then we are going to see that
this whole circuit is going to have a gain, a gain that will depend not on the amplifier
because it will depend on the feedback network what we called beta is good as it analyzes
this circuit tremendously easy tremendously easy to look at myself I will always start in the same
way amplifier with negative recommendation computer is with negative feedback I
will assume careful here I will assume that it is not saturated amplifier not saturated therefore
therefore therefore this attention that I have here this attention that I have Here it is so small, so
small that I will neglect it if the output voltage were the highest possible, for example positive,
that it was 15 volts. Extension use of I have good to depend on the differential
gain. it means that the voltage
is 0.15 millivolts yes here I have 15 votes the differential input voltage val e 0 15
millivolts I am going to despise it for me that voltage is negligible 0 it is not that it is
worth zero it is that it is so small that I will despise it therefore therefore
therefore as this is so small I will say this is practically zero and as a consequence and as a
consequence this point that I am going to call the g point because it is a very important point this
point is at the same potential as this one because there is no voltage difference or there is a
potential difference use of is practically zero so As long as this point is at mass, it is at
zero volts, this point will also be at zero volts. Okay, so if the voltage rises very much and
I have it between this topic and real mass, real mass, I will also have it here here I will have a
I dream in this resistance 6 and the current that comes through this resistance the water and magnitude
in terms of the video as easy as saying that one is a match of one
I repeat this point we are considering it as if it were at this point at more po I repeat,
this difference is so small because I am considering that the operational amplifier
is working in the line zone, it is not saturated, okay, it is not saturated well, so here we are,
it goes because if this current comes this way when it reaches that node, where does it go here?
We have said that the polarization currents the current that enters through there are so small
that we are going to despise them therefore as a consequence gentlemen here it also comes and
south that is the same current and what happens that here is going to produce a voltage worth one tension
in this existence of two but be careful what tension I have here the tension that I have here
is the same as the starting point is school this point this and this point is this is the
same point therefore between here since I have the same here and here between these two terminals
I have if you come with a fish it was alive if you come with a multimeter and measure here
look it is the same as here and you are going to measure the same as here ok but be careful do care
the voltage your s here it will be seen less your luck careful care
or seen in another way
if I consider in this voltage this is the positive terminal it is the collective term if
this is use is that it is the priority of your s but look at the current that circulates in this sense is
valid and this more and this more the current with a resistor always enters by determining positive
when one of two enters through the negative terminal or that intensity the other way around or that because it
is the other way around if this policy is the one that I am not considering that this current is going
to be negative well then what do we say we say that the output voltage the output voltage is
minus 21 times rd 2 because the current is entering me through the negative terminal remember the
sign agreement then very important if I have this current so in a residence it will
produce a tension like this, but if in the resistance and this will be by the law of this tension
already but if the tension that I really have is not this but the tension that I I have this
is ok and I have to apply the law of this attention because I have here that
I am going to call it v sur x what would I have to say we would have to say that google - yes to put
because the current enters through the negative terminal if it is a convention of Although
speaking of this, then nothing one who made a use of the r1 match well then come with your s
a raises the meeting match and around I already have the course is the step so that on
the step so that I have it - r two matches the gain of all this amplifier
- r two matches of r1 the minus sign that tells me that if I have an attention if I
have an input attention for example served
unit name input the output attention how it will be for the voltage Logically the output is
going to be reversed the other way around and increased by whatever we want and increase
how much this is worth, imagine one volt and less one goal to put a bag of spike
that we understand then to say that it will depend on the redemption of the
relationship between re rd 271 very easy I want an amplifier that has a gain of 10
we take r1 we put 10 houses and r2 we put 100 houses build an amplifier of gain
10 I am easy but tremendously easy so that I am going to have 18 here and minus ten of others
is worth If not a problem, the circuit is that simple, well, but of course, and what happens if we
increase the input voltage, well, since we are going to saturate the transistor, we are going to
give an example, this is the expression that we have to pay attention to at the output of the resistors. We have
placed them like this, it is 100 karts and it is two-sided, it is always advisable to work with this ratio
of tens and hundreds of houses, it is worth how the amplifier behaves best, very large resistances
give rise to large variations and it is not stable, the circuit is better to work With this
type of resistance values especially when we are with alternating current and we are going to see what
are the problems of working with a resistor is of great value lor but hey for the moment we are going to
focus on what we have, what would happen if we are going to introduce, for example, an input voltage
to draw as easily as possible we are going to draw a triangular voltage that does
not matter the waveform but we are going to draw a triangular voltage so
if you want we can draw another perfect hemicycle volts this would be minus 2
let's see how much voltage we have at the output output voltage
and
applying the expression we understand that the output voltage is minus 10
times the input voltage r2 well divided from 10
well, in theory in theory this would go to 20 volts in theory it is to 20 others
but be careful if you do not invest so we go down we will have at least 20 volts
because in theory he would want to do this and he would want to do this
but the operational amplifier would decrease to 15 and when it reaches 15 other negatives what
it does is cut it is worth and to reach 15 other positives what it will
do is cut then we will have that triangle signal cut off lar worth
to be saturated here there would be operational amplifier saturated
there in that state there would be saturated here would be saturated and attention to the thing
if you
can do it in practice if you come here and place your volt and how much meter measures extension
when attention and asks them 0 not or if you place your oscilloscope between this point and massa that signal
will be measured which signal will be displayed you in telescopes will put here the tension
using it because what we are doing is good particularly if this is the goal that
we would be asking for less happens because remember that I use the I am always considered that way
you would be visualizing because it looks very easy while he appears in while the
operational amplifier is not saturated this voltage is so small that we despise it far away, that is,
in those sections in those instants the Attention at point g is zero but what is going to happen in the others
at this moment? Well, what we are going to have is take me away n peak what is that and a peak then take
care that it is all the virtual mass it is always fulfilled when the amplifier is working in
a linear zone that is to say it is not saturated it is ok because if it is saturated that is no longer the virtual one and this
form is no longer fulfilled when it is saturated it is no longer fulfilled, which is then what is fulfilled as
I can calculate this value I would like to know what we have there or what value we have there
it can be done very easy for this you need to know the theory of circuit analysis ok but look
If you are interested, let's see, I have said that this amplifier can replace it with
its equivalent circuit, okay, I'll consider
this, this case is to channel the positive, I reconsider this case
of voltage, I have at the front input, I have minus two votes, okay, here I go to
put a battery right at that moment is as if here we had a battery of two
volts back and I am going to erase here with without is that we do not need the applicator I am going
to replace it with its equivalent circuit pack what is the circuit that goes mind as it is
easy what voltage we have at the output 15 watts good because the amplifier is this
and more of less that would be circuit this is open this is open because
the entity towards you know that the is infinite input presence does not circulate current
you knew how to calculate the voltage the point of that party
there are infinite methods I am going to apply one which is yes
so you can see how simple I am going to apply the same theorem
when I was young no and it is the same but good and look at the tension at point g,
this tension is going to be what took care that this no longer rains this tension is a floor
a dream / of the resistance that it has there in r1 on this other side we would have a suv
s because that is something that is worth 15 endorsement for nothing 15 in continues with around match of challenges and is
positive is positive / of 1 match of one plus one match of around if they substitute
here a raise that is worth minus two in the two votes minus two and operas there we go Let's see how much it comes out,
I have minus 0.45, that is to say, the tension in the bone g-point, I call this use of and he
used it as a subject so, as you are seeing, the differential tension is less a subject
that would be 0.45, that is, this value is going to be 0.45 and this value for the same but negative
and that is the circuit totally solved well the important thing that I want you to see is
that you have to be careful when analyzing the circuit always analyzing the circuits with the
operational operators assuming that they are not saturated is valid and thus we obtain the expression that
relates the output with the input (s) and then we must bear in mind that when going to work there
may be times when they are saturated it is valid and in these cases we must consider the amplifier
related to its equivalent circuit analyze the circuit and obtain why we are obtaining
so that there are some peaks in the input voltage in this natural that simple because with this we have
reached the end, see you in the next house well thank you for your attention until the end
of the video you can ask me any questions or comments about it I hope you
liked it if so please give the thumbs up and if you do not want to miss any
of my classes subscribe to me channel to chains and do not forget to activate the bell so that
youtube will notify you every time I upload a video thank you and until the next class see you later
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