Amplificador Operacional como Inversor. Masa virtual bien explicada. (Clase 61)

Summary

En 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

00:00

😀 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.

05:02

😉 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.

10:02

😐 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.

15:06

😁 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.

Keywords

💡Amplificador de operaciones

Un amplificador de operaciones, o 'operational amplifier' en inglés, es un circuito integrado amplificador que se usa en una amplia variedad de aplicaciones, como la adquisición de señales, la generación de voltajes y corrientes, y el control de sistemas. En el video, el amplificador de operaciones es el núcleo del circuito analizado y se discute cómo funciona con retroalimentación negativa para obtener un amplificador de ganancia controlable.

💡Retroalimentación negativa

La retroalimentación negativa es un concepto clave en la elección de diseño de circuitos de amplificación. Se refiere a la técnica de conectar la salida del amplificador de voltaje dejando que una fracción de esta se sume al voltaje de entrada, lo que reduce el error y mejora la estabilidad. En el script, se menciona que la conexión entre el terminal de salida y el terminal de entrada negativa es una forma de lograr esta retroalimentación negativa.

💡Ganancia

La ganancia en un circuito de amplificador es la relación entre la salida y la entrada, y es un término central en el script. Se define como la cantidad por la cual se multiplica la señal de entrada para obtener la señal de salida. En el video, la ganancia se controla mediante la red de retroalimentación y se muestra cómo calcularla usando la relación entre los resistores R1 y R2.

💡Punto de corte

El punto de corte, o 'virtual mass' en inglés, es un concepto importante en el diseño de circuitos de amplificadores de operaciones. Se refiere al punto donde la diferencia de potencial es prácticamente nula debido a la retroalimentación. En el script, se discute cómo este punto es crucial para la simplificación del análisis del circuito y cómo se mantiene a cero volts en condiciones de operación lineal del amplificador.

💡Saturación

La saturación es un estado en el que el amplificador de operaciones no puede amplificar más la señal de entrada y alcanza los límites de su rango de salida. En el video, se advierte sobre la importancia de considerar que el amplificador no esté saturado para que las ecuaciones y conceptos discutidos sean válidos.

💡Resistores

Los resistores son componentes pasivos que limitan el flujo de corriente en un circuito. En el script, se utilizan dos resistores, R1 y R2, para determinar la ganancia del amplificador. Se sugiere que trabajar con valores de resistencia en una proporción de 10 a 1 es una buena práctica para evitar problemas de estabilidad.

💡Corriente de polarización

La corriente de polarización es la corriente que entra en el amplificador de operaciones a través de sus entradas. En el script, se menciona que esta corriente es muy pequeña y se desprecia en el análisis, lo que simplifica la comprensión de cómo funciona el circuito.

💡Voltaje diferencial

El voltaje diferencial es la diferencia entre los voltajes de entrada en un amplificador de operaciones. En el video, se asume que este voltaje es muy pequeño y se considera nulo para simplificar el análisis del circuito.

💡Análisis de circuitos

El análisis de circuitos es el proceso de estudiar y entender cómo funciona un circuito eléctrico. En el script, se utiliza el análisis de circuitos para determinar las tensiones y corrientes en diferentes puntos del circuito de amplificador, y para entender cómo se relaciona la entrada con la salida.

💡Corte de señal

El corte de señal se refiere a cuando una señal se ve limitada o 'cortada' debido a que alcanza los límites del amplificador. En el video, se discute cómo un voltaje de entrada que es demasiado alto puede saturar el amplificador, resultando en una señal de salida que se corta y no sigue la forma de la señal de entrada.

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