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Fundamentos de los Op-Amp universales (mágicos)

En una clase reciente de mi curso de circuitos de corriente alterna, el profesor puso esta diapositiva y explicó apresuradamente el Op-Amp universal. Como ya tengo problemas con los circuitos, y mucho menos con los amplificadores operacionales, no entendí muy bien su explicación. ¿Qué es Ag, Rg o Ai?

¿Podría alguien con amplios conocimientos sobre los Op-Amps desglosar esta diapositiva para que pueda tener algo para complementar la conferencia que recibí?

Además, ¿cuál es el propósito de estos tipos de Op-Amps?

Se parecen mucho a los Op-Amps sumadores. También donde dice, "Esta fórmula subsume todas las configuraciones anteriores", el profesor acababa de repasar cinco configuraciones estándar de Op-Amp antes de esta. enter image description here

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transistor Puntos 2074

schematic

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Figura 1. El op-amp universal y las variaciones "con los bits fuera".

¿Qué es Ag, Rg o Ai?

Esto se ha tratado en algunas de las otras respuestas.

Además, ¿cuál es el propósito de estos tipos de Op-Amps?

No hay nada especial en los op-amps. Lo especial es la forma en que se utilizan, aunque hoy en día no hay nada especial en estas configuraciones.

Se parecen mucho a los Op-Amps sumadores.

El amplificador óptico es la parte señalada por el símbolo triangular. La disposición de las entradas y la retroalimentación lo convierten en un determinado tipo de amplificador.

También donde dice, "Esta fórmula subsume todas las configuraciones anteriores", el profesor acababa de repasar cinco configuraciones estándar de Op-Amp antes de esta.

Y ahora te dice que esta configuración incluye todas las demás. Atando ciertas entradas a tierra o dejándolas flotantes puedes crear cualquiera de las otras cinco configuraciones.

Texas Instruments fabrica un Módulo de evaluación del amplificador operacional universal que permite crear fácilmente todas estas configuraciones, así como algunos circuitos de filtrado, utilizando versiones de montaje superficial de sus op-amps.

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TimWescott Puntos 261

En una reciente clase de mi curso de Circuitos de CA, el profesor puso esta diapositiva y explicó apresuradamente el Op-Amp Universal. Como ya tengo problemas con los circuitos, y mucho menos con los amplificadores operacionales, no entendí muy bien su explicación.

Creo que es la configuración de su circuito favorito. Si alguna vez he visto que se presenta, no he encontrado útil para recordar - y yo diseño circuitos op-amp de vez en cuando.

¿Qué es Ag, Rg o Ai?

No voy a justificar \$A_g\$ . Es una especie de ganancia del terminal de tierra pero de forma extraña.

\$R_g = R5\$ . Eso no está bien explicado.

\$A_i\$ es la ganancia asociada a la entrada conectada a \$R_i\$

¿Podría alguien con amplios conocimientos sobre los Op-Amps desglosar esta diapositiva para que pueda tener algo para complementar la conferencia que recibí?

Bueno, primero, aprenderlo para pasar la clase. Para analizarla, basta con hacer el viejo truco de calcular \$V_-\$ en función de todas las tensiones de entrada inversoras (llámese \$V_i\$ ) y \$V_{out}\$ y, a continuación, calcular \$V_+\$ en función de todas las tensiones no inversoras. A continuación, establezca \$V_- = V_+\$ que debería permitirle calcular \$V_{out}\$ en función de todo eso.

Además, ¿cuál es el propósito de estos tipos de Op-Amps? Se parecen mucho a los Op-Amps sumadores. También donde dice, "Esta fórmula subsume todas las configuraciones anteriores,"

¿Cínicamente? Para que el profesor sienta que ha descubierto algo profundo.

Es de suponer que puedes tomar todas las configuraciones que te ha mostrado hasta ahora y encajarlas en ese modelo. Esto supone que te ha mostrado la inversión, la no inversión, el diferencial, etc.

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user44635 Puntos 4308

El op-amp ideal es un dispositivo que

  • No consume corriente de entrada
  • Intenta hacer lo que sea necesario en la salida para forzar sus dos entradas a la misma tensión. Si hay retroalimentación negativa, y la salida no golpea ninguno de los rieles de alimentación, tendrá éxito, esto se llama operar linealmente. 1

Ese diagrama universal que tienes está pensado para cubrir la mayoría de las aplicaciones de los op-amps. Lo que haces es eliminar los componentes que no necesitas.

Lo primero es mirar la Rf. Como la entrada del amplificador no toma corriente, si una corriente de entrada fluye a través de (digamos) R1, entonces el 100% de esa corriente tiene que fluir a través de Rf.

La primera configuración entonces es utilizar sólo R1 y Rf, para formar un amplificador inversor, si la entrada +ve se lleva a tierra. La ganancia A = Rf/R1.

Como señalas, al sumar R2 y R3, obtienes un amplificador sumador.

Con unas matemáticas un poco más complicadas, si conectas a tierra R1 (haces que V1=0), aplicas la tensión de entrada a R4 y pierdes R5, obtienes un amplificador no inversor, con una ganancia A = R1/(R1+Rf). Comprueba tú mismo por qué es así.

Con la elección adecuada de los terminales de entrada y las relaciones de las resistencias, se puede hacer un amplificador diferencial. Sustituyendo las resistencias por condensadores puede obtener un integrador o un diferenciador. No lo intentes hasta que no entiendas las configuraciones básicas inversoras y no inversoras.

1 A veces, se sale de los carriles y no funciona de forma lineal. Esto sucede en la vida real, buenos simuladores, y también en cuestiones más avanzadas sobre los op-amps.

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Tamim Ad Dari Puntos 111

Esencia. La criatura de este profesor puede llamarse "circuito universal de suma y resta de op-amp" (no "op-amp universal", ya que el op-amp es sólo uno de los componentes del circuito). Me recuerda al pasado lejano, cuando los ordenadores analógicos intentaron competir con los digitales... pero pronto perdieron esa batalla (los ordenadores analógicos consistían en bloques de construcción y éste era uno de los principales).

Estructura. El circuito consta de dos circuitos sumadores de resistencias pasivas y un op-amp:

  • El verano superior de 4 entradas está formado por las cuatro resistencias R1, R2, R3 y Rf. Las tres primeras están conectadas a las fuentes de tensión de entrada externas V1, V2 y V3; la resistencia de "realimentación" Rf está conectada a una fuente de tensión de "entrada" interna: la salida del amplificador óptico Vout. La salida del circuito sumador se conecta a la entrada inversora del amplificador óptico.

  • El verano inferior de 2 entradas está formado por las dos resistencias R4 y R5. La primera está conectada a la fuente de tensión de entrada externa V4; la segunda está conectada a la "fuente de tensión de tierra" interna con tensión de entrada cero. La salida de este circuito sumador (o simplemente, divisor de tensión ) se conecta a la entrada no inversora del amplificador óptico.

Operación. Como la salida del verano superior está conectada a la entrada inversora, la suma de V1, V2 y V3 aparece negativa a la salida del amplificador de operación. Como la salida del verano inferior está conectada a la entrada no inversora, la suma de V4 y Vground (0) aparece positiva en la salida del op-amp.

El papel de la "entrada" interna Vout es neutralizar las tres tensiones de entrada superiores V1, V2 y V3. Como resultado, un terreno virtual aparece en la entrada inversora (de hecho, está desplazada" por la tensión de entrada inferior V4)... y las fuentes de tensión superiores están separadas entre sí.

Cálculo. La relación entre las tensiones se puede encontrar aplicando el principio de superposición.

Propiedades. Debido a las resistencias que forman divisores de tensión, se trata de un circuito sumador con insumos ponderados .


Puede encontrar más consideraciones interesantes y originales sobre este circuito en el Historia de Wikilibros te ayudarán a entender las ideas básicas que hay detrás.

Por último, tengo una petición a OP - si es posible, que me conecte con su profesor... Quiero intercambiar algunas ideas valiosas sobre cómo explicar los circuitos a los estudiantes curiosos...

2voto

Ten Ton Gorilla Puntos 172

No es op-amp universal Es fórmula universal del op-amp , que es la forma de los profesores de decir que esto es una generalización de todos los circuitos anteriores que te han mostrado.

La clave es que aplicando esto se puede conseguir cualquier V fuera que es la suma ponderada de algunas entradas V i (V 1 a través de V n ), utilizando cualquier peso A i que desees. Básicamente, puedes pensar en un tablero mezclador de audio con controles de volumen para cada entrada, excepto que la palanca de volumen puede ir en negativo. (Lo cual sólo invertiría la fase).

A g es la "ganancia de tierra", es decir, la cantidad de tensión 0 que se incluye. Es sólo un valor intermedio utilizado para calcular el valor de R g .

R g es la resistencia conectada a tierra. Supongo que es R5 en el diagrama del circuito. Las otras R se refieren a R i 's.

Puedes elegir cualquier R f que quieras (pero en la práctica tendrás que usar el sentido común y el conocimiento de los amplificadores operacionales reales).

A continuación, siga las instrucciones restantes y obtendrá un circuito que produce efectivamente una suma ponderada de sus entradas.

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