Circuito Integrador inversor OPAMP. Convierte onda cuadrada en triangular. (Clase 71)
Summary
TLDREste video ofrece una explicación detallada sobre cómo analizar un amplificador operacional funcionando como integrador. El presentador, Abrió Cadenas, destaca la importancia de la realimentación negativa y la configuración del circuito. Se discuten conceptos como la masa virtual, la tensión de entrada y la corriente de integración. El video muestra cómo aplicar una señal cuadrada para obtener una señal triangular, y cómo la frecuencia afecta la integración y la saturación del amplificador. Además, se abordan soluciones para evitar la saturación y se ilustra el comportamiento del integrador con diferentes frecuencias y señales de entrada. El objetivo es proporcionar una guía práctica para entender y aplicar la integración en circuitos electrónicos.
Takeaways
- 🎥 El video explica cómo analizar un amplificador operacional funcionando como un integrador inversor.
- 🔍 Se destaca la importancia de la realimentación negativa en el funcionamiento del integrador, donde la salida está conectada a la entrada inversa a través de un capacitor.
- ⚠️ Se menciona la necesidad de evitar la saturación del amplificador para que funcione correctamente en su zona lineal.
- 🔧 Se describe el concepto de 'masa virtual' en el circuito, donde la corriente a través de un resistor es igual a la corriente que circula por el capacitor.
- 📉 El video muestra cómo la tensión de salida del integrador inversor es la integral de la tensión de entrada, pero con un signo negativo.
- 📶 Se ejemplifica el uso del integrador inversor para convertir una señal cuadrada en una señal triangular.
- 🔢 Se calcula la tensión de salida durante un intervalo de tiempo específico, usando la fórmula de integración y los parámetros del circuito.
- 📚 Se ilustra cómo la tensión de salida del integrador varía con la tensión de entrada constante y cómo se relaciona con la constante de tiempo (RC).
- 👨🔧 Se muestra el uso de un osciloscopio para visualizar la tensión de entrada y salida, así como la tensión en el capacitor durante el funcionamiento del integrador.
- 🔁 Se discuten los efectos de la frecuencia de la señal de entrada en la saturación del amplificador operacional y cómo esto impacta en la forma de la señal de salida.
- 🛠️ Se sugiere la solución de agregar una resistencia en paralelo con el capacitor para manejar señales de corriente continua y evitar la saturación del amplificador.
Q & A
¿Qué es un amplificador operacional funcionando como un integrador?
-Un amplificador operacional funcionando como un integrador es un circuito que utiliza la realimentación negativa para integrar una señal de entrada, es decir, para calcular su integral. Esto resulta en una señal de salida que es proporcional a la integral de la señal de entrada.
¿Por qué es importante identificar la realimentación negativa en un integrador?
-La realimentación negativa es crucial en un integrador porque permite que la salida del amplificador esté conectada a la entrada inversa a través de un capacitor, lo que permite que la señal de salida sea la integral de la señal de entrada.
¿Qué es la 'masa virtual' en el contexto de un integrador?
-La 'masa virtual' se refiere a un punto en el circuito que tiene el mismo potencial que la masa (el suelo), lo que significa que la tensión a través de la resistencia en esa sección es igual a la tensión de entrada.
¿Cómo se determina la corriente que fluye a través del capacitor en un integrador?
-La corriente que fluye a través del capacitor se determina a partir de la tensión de entrada dividida por la resistencia, ya que se conoce que la corriente en la resistencia es igual a la corriente que fluye por el capacitor.
¿Cómo se relaciona la tensión de salida con la tensión del capacitor en un integrador?
-La tensión de salida en un integrador es igual a la tensión del capacitor, pero con un signo opuesto debido a la dirección de la corriente y la configuración del circuito.
¿Cómo se utiliza un integrador para obtener una señal triangular a partir de una señal cuadrada?
-Al aplicar una señal cuadrada constante a un integrador, la tensión de salida se vuelve proporcional a la integral de la señal de entrada, lo que resulta en una señal triangular debido a la acumulación de la señal de entrada.
¿Qué sucede si la tensión de entrada es negativa en un integrador?
-Si la tensión de entrada es negativa, la tensión de salida disminuirá en lugar de aumentar, ya que la señal de salida es la integral de la señal de entrada y la dirección de la integración se invierte.
¿Cómo se calcula la tensión de salida en un integrador durante un intervalo de tiempo específico?
-La tensión de salida en un intervalo de tiempo específico se calcula como la tensión de entrada multiplicada por el tiempo y dividida por la constante de tiempo (RC), más la tensión de salida en el instante inicial.
¿Por qué el amplificador operacional puede saturar en un integrador?
-El amplificador operacional puede saturar en un integrador debido a que tiene un rango de salida limitado. Cuando la señal de salida alcanza el límite superior o inferior del amplificador, no puede seguir integrando y se mantiene en ese nivel, lo que se conoce como saturación.
¿Cómo se evita la saturación en un integrador operacional?
-Para evitar la saturación en un integrador operacional, se puede disminuir la frecuencia de la señal de entrada, aumentar la constante de tiempo (aumentando R o C), o agregar una resistencia en paralelo con el capacitor para manejar señales de corriente continua.
Outlines
😀 Análisis de un amplificador operacional como integrador
El primer párrafo presenta una introducción al análisis de un amplificador operacional funcionando como un integrador, destacando su importancia y variedad de aplicaciones. Se menciona la presencia de realimentación negativa a través de un capacitor y se asume que la tensión de entrada es cero para simplificar el análisis. Se describe cómo determinar la corriente a través de la 'masa virtual' y cómo relacionarla con la tensión de entrada y el capacitor para encontrar la tensión de salida. El circuito se nombra 'integrador inversor' debido a la relación entre la tensión de salida y la integral de la tensión de entrada.
😉 Funcionamiento del integrador inversor con señal cuadrada
En el segundo párrafo, se explica cómo el integrador inversor reacciona ante una señal de entrada cuadrada. Se ilustra cómo la tensión de salida del integrador se convierte en una señal triangular cuando la entrada es constante. Se calcula el cambio en la tensión de salida durante un período específico y se observa cómo la tensión del capacitor aumenta y disminuye en respuesta a cambios en la tensión de entrada. Además, se menciona el uso de un amplificador operacional 741 y se describe el uso de dos osciloscopios para visualizar la señal de entrada y salida, así como el comportamiento del capacitor durante el proceso de integración.
😐 Observación de la saturación en el amplificador operacional
El tercer párrafo se enfoca en el estudio de la saturación del amplificador operacional al integrar señales cuadradas. Se muestra cómo la salida del amplificador oscila entre un valor máximo y mínimo, y se calcula el periodo máximo antes de que el amplificador comience a saturar. Se describen los efectos de disminuir la frecuencia de la señal de entrada y cómo esto impacta en la integración y la saturación del amplificador. Se utiliza un experimento con una señal continua para demostrar cómo el capacitor se carga y descarga, y se sugiere una solución para evitar la saturación al agregar una resistencia en paralelo con el capacitor.
😁 Optimización del funcionamiento del integrador inversor
El último párrafo aborda la optimización del integrador inversor al ajustar la frecuencia de la señal de entrada. Se describe cómo la frecuencia afecta la capacidad del condensador para cargarse y descargarse, y cómo esto influye en la calidad de la señal de salida. Se calcula la frecuencia a partir de la cual el circuito comienza a funcionar como un integrador inversor y se sugiere un umbral de frecuencia mínimo para un funcionamiento óptimo. Se muestra cómo la señal de salida se ve afectada por cambios en la frecuencia y se ofrece una conclusión sobre el uso y la configuración del integrador inversor para lograr resultados precisos.
Mindmap
Keywords
💡Amplificador operacional
💡Realimentación negativa
💡Integrador
💡Tensión de entrada
💡Tensión de salida
💡Saturación
💡Frecuencia
💡Condensador
💡Resistencia
💡Fórmula de integración
Highlights
Explicación de cómo analizar un amplificador operacional funcionando como un integrador.
Importancia de la realimentación negativa en el funcionamiento del integrador.
Aviso sobre la saturación del amplificador y cómo evitarla.
Suposición de que la tensión de referencia es cero para facilitar el análisis.
Uso de la masa virtual para determinar la corriente en el circuito.
Análisis de la corriente a través de la resistencia y el condensador.
Explicación de cómo se determina la tensión de salida del integrador.
Mencion de que el circuito recibe el nombre de integrador inversor.
Aplicación práctica del integrador para obtener una señal triangular a partir de una señal cuadrada.
Cálculo de la tensión de salida durante un tiempo específico usando fórmulas.
Demostración de cómo la tensión de salida del integrador varía con la tensión de entrada constante.
Uso de un osciloscopio para visualizar la tensión de entrada y salida del integrador.
Observación de la saturación del amplificador operacional y su impacto en la señal de salida.
Estudio de la frecuencia de entrada y su efecto en la saturación del amplificador.
Método para evitar la saturación del amplificador al integrar señales continuas.
Conexión de una resistencia en paralelo con el condensador para manejar señales continuas.
Determinación de la frecuencia a partir de la cual el circuito funciona como un integrador.
Recomendación de una frecuencia mínima para un funcionamiento óptimo del integrador.
Conclusión sobre la saturación del amplificador y cómo evitarla con la adición de resistencia.
Invitación a hacer preguntas o comentarios y a suscribirse al canal para recibir actualizaciones de nuevos videos.
Transcripts
[Aplausos]
bien en este vídeo te voy a explicar
cómo analizar un amplificador
operacional funcionando como un
integrador no te lo pierdas porque es
muy interesante tiene muchas
aplicaciones mi nombre es abrió cadenas
y esto empieza ya
[Música]
bien como puedes ver lo que siempre
hacemos es mirar si tiene realimentación
negativa ves que la salida está unida
con la entrada inversora a través de un
condensador por lo tanto va a tener
realimentación negativa ojo hay que
tener cuidado que el amplificador no nos
satura vale entonces como siempre
suponemos que esta tensión
es cero porque ya sabes que cuando ésta
funciona van zona lineal de esta tensión
con realimentación negativa esta tensión
es muy pequeña y la podemos despreciar
bien
uso de despreciable la corriente
entonces que va a venir por aquí a quien
va a ser igual esa corriente la podemos
determinar porque sabemos esta tensión
si fijate este punto está el mismo
potencial que masa eso es lo que
llamamos la masa virtual vale la masa
virtual por lo tanto la tensión de esta
resistencia es ni más ni menos que la
tensión de entrada o sea aquí tengo la
tensión de entrada vale
aplicando a la idea pues sabemos que la
corriente de esa resistencia es tensión
partido por ella bien esta corriente
también va a circular por el condensador
condensador que está descargado
inicialmente
atención el condensador
a 1 partido por c la integral no te
asustes de la corriente diferencial del
té bien sustituyendo a la corriente
tendríamos que
1 partido por c sube partido por el
diferencial de t
bien y lo que yo quiero es saber la
tensión de salida pero fíjate que la
tensión de salida
esta flecha es la que tengo aquí vale
porque este punto es el mismo y masa y
masa por lo tanto la tensión condensador
es la misma que la tensión de salida
pero cuidado con signo cambiador vale
porque la corriente en esta flecha roja
que es uso s está en el mismo sentido
luego la tensión de salida es o menos la
tensión el condensador o sea 1 partido
por rc la que fuera la integral de la
tensión de entrada vale de ahí que este
circuito recibe el nombre con signo
menos aurelio que recibe el nombre de
integrador inversor vale bien para que
nos puede servir este circuito bueno
pues le voy a meter esta señal cuadrada
y va a saber cómo obtener una señal
triangular
fíjate como la tensión de entrada es
constante la tensión de salida va a ser
menos la tensión de entrada partido de
red por t resolvido la integral más la
tensión de salida en el instante inicial
la famosa constante de integración bien
entonces céntrate que siempre que la
tensión de entrada sea constante en un
tramo como en este caso es constante en
este tramo podemos aplicar esta fórmula
y esto será la tensión inicial que
tengamos aquí al condensador bien
entonces nada vamos a borrar por aquí
para hacer un hueco y que tenemos
durante tres milisegundos
rc cuánto vale el primero r vale 10
elevado a 4 por 0,1 elevado a menos 6
que son micro para dios y esto es
un milisegundo vale bien entonces fíjate
la tensión de entrada es lo menos estoy
aplicando tres voltios 3 voltios partido
de un milisegundo y x te vale tensión
inicial cero
cuanto vale te dé durante 3 milisegundos
cuánto porque esto es una línea recta
cuánto me aumento la salida para un
tiempo de 3 milisegundos la tensión de
salida es menos 3 partidos de 10 a la
menos 3 x 3
9 porque son 3000 segundos
son menos 9 voltios o sea que para
durante un tiempo de 3 milisegundos la
tensión ha aumentado hasta los menos
nuevos o no por nada la tensión del
condensador sería positiva y aumentaría
así la tensión del condensador sería
positiva poco poco para por ejemplo por
ejemplo por ejemplo aumentaría hasta los
9 voltios y la tensión de salida sería
la inversa hasta los 9 voltios negativos
vale
así de fácil bien qué va a ocurrir ahora
pues ahora la tensión de entrada es
negativa o sea que lo que tengo es lo
mismo pero al revés es decir ahora la
tensión va a disminuir
si en 3 milisegundos aumento 9 en otros
3 disminuyó 9 y esto a 0 y así
tendríamos una tensión una tensión
triangular a partir de una señal
cuadrada de una tensión cuadrada
bien para que veas el comportamiento de
este integrador inversor realmente voy a
utilizar 1 741 y tengo conectado 2
osciloscopios uno que me va a visualizar
la tensión presente en la entrada que
estoy aplicando una onda cuadrada de 3
voltios y menos 3 voltios con esta
frecuencia que da lugar a un periodo de
6 milisegundos y el otro canal el canal
ve a las salidas del integrador también
tengo colocado otro osciloscopio que me
va a visualizar la tensión en el
condensador bien voy a poner en marcha
el simulador podía visualizar la onda
del primero estereoscopio y la onda del
segundo se os copio bien
lo voy a parar y como puedes observar
tengo la onda cuadrada de entrada y la
onda triangular en la salida observa que
cuando la tensión de entrada es positiva
tengo una pendiente negativa ya que es
un integrador inversor como puedes
observar la señal del integrador no es
exactamente igual que la que habíamos
estudiado en la teoría anteriormente ya
que en este caso se trata de un
amplificador real
debido a una serie de características
que tiene el amplificador operacional
que ya veremos más adelante la señal de
salida resulta estar oscilando entre un
valor máximo de unos 11 voltios y un
valor mínimo
como veis aquí de 2 voltios o sea que la
tensión que se desvía es de 9 voltios
como habíamos visto anteriormente pero
en vez de ir desde los 0 hasta menos 9
voltios aquí como veis va desde los 11
voltios hasta los 2 bolsos más o menos
bien vamos a parar el simulador y voy a
variar la frecuencia voy a hacer que
esta frecuencia sea mucho menor para que
el tiempo del periodo sea mayor y que
veas como el amplificador profesional va
a saturar como veis con una tensión de
entrada de 3 voltios la pendiente
aumenta o disminuye en 3 voltios por
cada 1000 y segundo ya que la constante
de tiempo el producto de r por c es de
un milisegundo y como estamos
introduciendo una tensión constante de 3
voltios la pendiente me está
disminuyendo 3 voltios por cada
milisegundo este amplificador
operacional tiene la salida como máximo
a 11 y menos 11
ya que tiene una caída de tensión
interna aproximadamente de un voltio por
lo tanto la máxima desviación que puede
tener la salida irá desde los 11 voltios
hasta los menos 11 voltios es decir 22
voltios por lo tanto como la pendiente
es de 3 voltios por cada milisegundo
resulta un tiempo máximo de 733
milisegundos es decir un periodo máximo
de la tensión cuadrada de 14,67
milisegundos lo que da una frecuencia de
60 y 82 hercios esto quiere decir que
para frecuencias menores de 60 y 82
hercios el amplificador operacional nos
va a saturar vamos a disminuir la
frecuencia a 60 y 82 y verás que no me
va a saturar
68 dos tercios
bien ejecutamos bien vamos a variar un
poco la señal
ahí está la detenemos
y como veis ahora tenemos una tensión
máxima
hay una tensión máxima aproximadamente a
unos 11 voltios y una tensión mínima
aproximadamente a los menos 11 voltios
bien por lo tanto una frecuencia menor
de este valor va a ocasionar la
saturación vamos a bajar la frecuencia
por ejemplo a 50 hertzios
vamos a poner 50 hertzios
vamos a aumentar este tiempo por ejemplo
ahí a los 20
y ejecutamos el simulador
ahí está y como puedes observar si lo
detenemos como podéis observar a partir
de este instante
la señal no se empieza a deformarse lo
veis a partir de aquí la señal empieza a
deformarse vamos a disminuir un poco el
periodo
vamos a disminuir aquí y se ve más
claramente como a partir de aquí ya deja
de integrar desde aquí hasta aquí es una
línea recta pero aquí ya empieza a
cambiar por lo tanto el condensador a
qué tensión máxima se carga tenemos ahí
un valor máximo de 13 6 voltios
aproximadamente el valor máximo y el
valor mínimo aproximadamente sobre los
-13 5 entre 13 con 6 y menos 13 con 5
más o menos entonces te preguntarás cómo
es posible que el condensador se carga a
una tensión mayor que la salida del
operacional pues muy fácil fíjate este
condensador una vez que ya esté cargado
una vez que ya esté cargado no circula
por ende por él y la tensión que tenemos
en extremos será la tensión de este
punto que será la misma que la tensión
que tengo el generador es decir 3
voltios mientras que por este otro lado
tengo una tensión de menos 11 y aquí
tendríamos 33 menos menos 11 sería un
oscar
voltios y como puedes observar al
condensador no le da el tiempo alcanzar
la tensión máxima alcanzaría los menos
13 5 y 13 6 voltios
si seguimos disminuyendo la frecuencia
por ejemplo a 32 pues la onda se
deformaría aún más ahí está a paramos
entonces fíjate que integra desde aquí
hasta aquí pero aquí ya está saturando
bien vas a ver ahora lo que ocurre
cuando al integrador le aplicamos una
señal cuadrada pero continua de
corriente continua entre 6 voltios y 0
es decir tendrá un valor medio de 3
voltios si coloco aquí un multímetro
para medir esta señal continua
arrancamos la simulación y como veis
mide 3 voltios vale o sea tiene un valor
medio de 3 voltios bien vamos a ver las
señales que nos están viviendo el
osciloscopio primero y segundo y
sorprendentemente como puedes ver la
tensión vamos a detener la simulación y
como puedes ver la tensión en la salida
del amplificador operacional es de menos
11 voltios está saturado pero
permanentemente que está pasando la
señal de entrada la ves aquí entre 6
voltios
y 0 voltios que tendremos aquí en la
sonda 1 vale y el canal b como veis
tiene permanentemente menos a 11 voltios
por otro lado el condensador se está
cargando y descargando se está cargando
a una tensión máxima de 17 voltios y a
una tensión mínima de unos 11 voltios
entre 11 y 17 voltios
bien esto aquí es debido
esto es debido a que hay una componente
continua y por lo tanto este
amplificador operacional para la
corriente continua que la ganancia tiene
este condensador para la continua es un
circuito abierto por lo tanto este
amplificador profesional estará saturado
de acuerdo como solucionar esto muy
sencillo lo que hacemos va a ser colocar
una resistencia que en paralelo con el
condensador como veis aquí de 10 casas
entonces lo que va a ocurrir es que al
conectar esta resistencia la señal
continua ahora no tendrá una ganancia
infinita porque lo que tendremos es este
condensador que ya está cargado este
haría el circuito abierto tendríamos un
amplificador inversor de ganancia 1 si
vamos a verlo vamos a ejecutar el
simulador y lo que estamos viendo vamos
a pararlo lo que estamos viendo es que
la tensión de entrada como veis oscila
en esos valores que hemos visto de 60 y
la tensión de salida como estás viendo
pues llega a un valor de en la sonda 2
en el canal b de 6 votos negativos y un
valor inicial de 0 voltios prácticamente
cero voltios
la sonda 1 al canal b o sea que estaría
oscilando entre cero y menos 6 voltios
mientras que el condensador como estáis
viendo se estaría cargando y descargando
la sonda 2 / 6 voltios y 0 voltios
si aumentamos ahora la frecuencia de
esta señal por ejemplo de 150 euros
y ejecutamos el simulador
puedes ver que el integrador hace más
bien el trabajo y si lo subimos a un
kilo herzio por ejemplo
pues tendríamos el integrador
mucho mejorado
porque este circuito a partir de una
determinada frecuencia funciona como un
integrador
y la carga del condensador es lineal y
por debajo de una determinada frecuencia
funcionaría como un pseudo integrador
pero a partir de qué frecuencia funciona
como integrador bien esto se obtiene
fácilmente haciendo que este condensador
la resistencia que ve en sus extremos es
esta por lo tanto cuando la impedancia
de este condensador sea igual a esta
resistencia de 10 cas a esa frecuencia
es a partir de la cual el circuito se
comporta como un integrador inversor al
realizar los cálculos puedes comprobar
que esta frecuencia es de 159 hercios
aproximadamente no obstante para un
óptimo funcionamiento del integrador
inversor se suele tomar como frecuencia
mínima un valor 10 veces superior al
obtenido
la tensión si paramos la simulación y
medimos la tensión de salida está
oscilando entre un valor máximo y un
valor mínimo que podemos ver aquí que
sería la sonda 1 del -3 4 en la sonda 2
de menos 2.5 al elevarse la frecuencia
lo que hace es que el condensador se
carga a una tensión más pequeña las
oscilaciones entre la tensión máxima y
mínima en la salida son más pequeñas
casi de un voltio a medida que vayamos
disminuyendo la frecuencia por ejemplo
para 1000
ejercicios
y ejecutamos
atención máxima y tendríamos
y la tensión mínima
ahora sería de 15 voltios / valor máximo
y el valor mínimo y recuerda que si
estamos con este circuito y
desconectamos esta resistencia
automáticamente amplificador profesional
no satura
[Música]
bueno gracias por tu atención hasta el
final del vídeo puedes hacerme cualquier
pregunta o comentario sobre el mismo
espero que te haya gustado si es así por
favor dale al me gusta pulgar arriba y
si no quieres perderte ninguna de mis
clases suscríbete a mi canal a cadenas y
no te olvides de activar la campanita
para que youtube que avise cada vez que
suba un vídeo gracias y hasta la próxima
clase
[Música]
Просмотреть больше связанных видео
![](https://i.ytimg.com/vi/HB3JvIoEww4/hq720.jpg)
✅AMPLIFICADOR DERIVADOR (Teoría) | SUPER FÁCIL de ENTENDER| Curso AMPLIFICADORES OPEEACIOnALES
![](https://i.ytimg.com/vi/r-YCiCZNA_U/hq720.jpg)
Amplificador Operacional como Inversor. Masa virtual bien explicada. (Clase 61)
![](https://i.ytimg.com/vi/pxHtNNZAH8c/hq720.jpg)
07 Función densidad espectral y teorema de Rayleigh
![](https://i.ytimg.com/vi/WXac-eAx_1w/hq720.jpg)
04 Serie compleja de Fourier y teorema de Parseval
![](https://i.ytimg.com/vi/ec-BSBvPe24/hq720.jpg?sqp=-oaymwEmCIAKENAF8quKqQMa8AEB-AGUA4AC0AWKAgwIABABGGUgZShlMA8=&rs=AOn4CLDflAKmQWMxujGw1f-PDGJLCtifuQ)
Ejemplo de Impedancia en circuito RC en serie
![](https://i.ytimg.com/vi/FXGquCKOn3U/hq720.jpg)
Aprende lo básico sobre APIs y HTTP para CONECTAR la IA con cualquier aplicación
5.0 / 5 (0 votes)