Circuito Integrador inversor OPAMP. Convierte onda cuadrada en triangular. (Clase 71)

ACADENAS

3 Nov 201918:39

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

00:00

😀 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.

05:01

😉 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.

10:04

😐 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.

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😁 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

Un amplificador operacional, o op-amp, es un circuito integrado que amplifica diferencias de voltaje entre sus entradas. En el video, se utiliza un amplificador operacional 741 para construir un integrador, que es un tipo de circuito que puede transformar una señal cuadrada en una señal triangular. La relevancia de este concepto es central, ya que el comportamiento del integrador depende de las características del op-amp utilizado.

💡Realimentación negativa

La realimentación negativa es una técnica en la que la salida de un circuito se conecta de vuelta a la entrada, pero invertida. En el contexto del video, la realimentación negativa es crucial para el funcionamiento del integrador, ya que permite que la salida del amplificador operacional afecte la entrada de manera que se realice la integración de la señal de entrada.

💡Integrador

Un integrador es un circuito que produce una salida proporcional a la integral de su entrada. En el video, el integrador se construye con un amplificador operacional y un condensador, y se utiliza para convertir una señal de entrada cuadrada en una señal triangular de salida. El integrador inversor se menciona específicamente, donde la señal de salida es la integral de la señal de entrada multiplicada por -1.

💡Tensión de entrada

La tensión de entrada es la señal que se introduce en el circuito. En el video, la tensión de entrada es una señal cuadrada de 3 voltios, que es la señal que el integrador procesa para producir una señal triangular en la salida. La tensión de entrada es fundamental para el análisis del funcionamiento del integrador.

💡Tensión de salida

La tensión de salida es la señal que se obtiene al final del circuito. En el caso del integrador, la tensión de salida es una representación triangular de la señal de entrada cuadrada, obtenida a través del proceso de integración. El video muestra cómo la tensión de salida varía en respuesta a cambios en la tensión de entrada.

💡Saturación

La saturación ocurre cuando un amplificador operacional llega a sus límites de ganancia y no puede amplificar más la señal. En el video, se discute cómo la saturación afecta el funcionamiento del integrador, especialmente a bajas frecuencias, donde la salida del op-amp oscila entre sus valores máximos y mínimos, lo que deforma la señal triangular de salida.

💡Frecuencia

La frecuencia es la cantidad de ciclos de una señal que ocurren en un segundo. El video explora cómo la frecuencia de la señal de entrada afecta el rendimiento del integrador. A frecuencias más bajas, el op-amp puede saturar, mientras que a frecuencias más altas, el circuito funciona mejor como un integrador.

💡Condensador

Un condensador es un componente pasivo que puede almacenar energía en su campo eléctrico. En el integrador, el condensador se utiliza para acumular la carga que se produce al integrar la señal de entrada. El video muestra cómo el condensador se carga y descarga para producir la señal triangular de salida.

💡Resistencia

La resistencia es una medida de la oposición al flujo de corriente en un circuito. En el video, se utiliza una resistencia para evitar la saturación del op-amp al integrar señales de corriente continua. Al conectar una resistencia en paralelo con el condensador, se limita la ganancia del circuito para señales de corriente continua, permitiendo que el integrador funcione correctamente.

💡Fórmula de integración

La fórmula de integración es una ecuación que describe cómo calcular la integral de una función. En el video, se utiliza la fórmula de integración para predecir la forma de la señal de salida del integrador a partir de la señal de entrada. Por ejemplo, la fórmula se utiliza para calcular la tensión en el condensador durante un intervalo de tiempo específico.

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.

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