DESCRIPCIÓN INTERNA AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Pasamos a exponer brevemente los diversos bloques que intervienen en su conformación.
1.
Etapa de entrada
La etapa de entrada está constituida por varios pasos amplificadores diferenciales acoplados en cascada.
Para esta finalidad, pueden adoptarse etapas diferenciales del tipo con vencional (figura 3a), siempre y cuando, el primero de estos pasos diferen ciales se ajuste a las condiciones siguientes:
· Los emisores de los transistores del par diferencial deben estar pilotados por una fuente de corriente constante.
De esta forma, el factor de rechazo en modo común CMRR será elevado. Los sucesivos pasos quedan garantizados por la etapa anterior.
· Las resistencias de carga del colector deben estar equilibradas y ser de magnitud reducida.
Esto contribuye al equilibrio de la etapa diferencial, minimizando la tensión de offset,
· Las capacidades parásitas introducidas por el par diferencial deben ser de magnitud despreciable.
De verificarse esta condición, el amplificador operacional podrá funcionar a frecuencias muy bajas. Una capacidad interna elevada desplazaría la frecuencia de corte inferior disminuyendo, en consecuencia, el ancho de banda B,
Otra condición indispensable para el funcionamiento del A.O. en una am plia gama de frecuencias es que los transistores del par activo estén caracterizados por una elevada frecuencia de transición.
· Las corrientes de colector deben ser elevadas de tal forma que permi tan un máximo margen dinámico de salida (máximo valor pico a pico de la señal de salida sin distorsión). No obstante, las corrientes de colector deben permanecer dentro de un margen no excesivamente elevado, debido a que el ruido introducido por el paso diferencial es proporcional al aumento de Ic1 e Ic2,
A modo de ejemplo, indicaremos que comúnmente se sustituyen los transistores del par diferencial por sendas configuraciones Darlington (figura
3b), Ello repercute en una elevación sustancial de la impedancia de entra da del A.O.
Las corrientes que circulan por los transistores T1 y T2 provienen de una fuente de corriente constante. De esta forma, la suma de las corrientes que circulan por T1 y T2 nunca sobrepasan a Ie y serán entre sí complementarias:
Ie = Ic1 + Ic2
El amplificador se puede conectar para funcionar con dos fuentes de alimentación simétricas de polaridad opuesta y si deseamos que la salida tenga una sola polaridad, se puede alimentar con una sola fuente de alimentación.
Supondremos simétricas las dos ramas del amplificador equilibrado, o sea, que los transistores y las resistencias Rc1 y Rc2 sean de las mis mas características.
ESTUDIO DEL CIRCUITO SEGÚN LAS SEÑALES DE ENTRADA
Vamos a aplicar una señal equilibrada a la entrada, entre los puntos 1 y 2 sin referencia a masa y supondremos que 1 sea positivo con respecto a 2. Entonces T1 conducirá más que T2; la corriente Ic1 será mayor que Ic2 y por supuesto el punto 3 será más negativo que el 4.
Con esto conseguimos una salida diferencial equilibrada (sin referencia a masa). La corriente Ie seguirá siempre constante, aunque aumente la conducción de T1, ya que también disminuye T2 en la misma proporción.
A esta conexión se le llama salida diferencial con entrada diferencial.
Si conectamos el punto 2 a masa, por ejemplo, y aplicamos una señal Vi1 a la base T1, en caso de que esta señal aumente con respecto a masa, la salida del transistor punto 3, disminuirá respecto a masa.
Este montaje funciona como una etapa simple con inversión de fase y se llama entrada y salida simple con inversión de fase.
También se puede emplear, cuando interesa, el modo de conexión con entrada diferencial y salida simple referida a masa. O sea, que la señal se aplica entre los puntos 1 y 2 y la salida se toma solamente del punto 3 o del 4 y masa.
Si la señal de entrada la aplicamos a la vez a los puntos 1 y 2 respecto a masa, se dice que se aplica una tensión de entrada en modo común. Si estudiamos este montaje en la figura 3, vemos que si aumenta la señal de entrada con respecto a masa, los colectores de T1 y T2 disminuirán con respecto a masa, pero entre ellos no existirá ningún cambio de tensión y por tanto no podrá haber en este caso una salida equilibrada (diferencial).
La relación de cambio de la tensión de colector a la diferencia de tensión entre las bases se denomina GANANCIA DE TENSIÓN DIFERENCIAL Ad, La relación entre el cambio de tensión de colector y el cambio de las tensio nes de las bases, cuando se aplica una señal de entrada en modo común se llama GANANCIA DE TENSIÓN EN MODO COMÚN Ac,
La inversa de la relación entre la ganancia de tensión en modo común y la ganancia de tensión en modo diferencial se denomina relación de rechazo de modo común CMRR mencionado en anteriores ocasiones.
2. Etapa intermedia o cambiadores de nivel
Esta zona intermedia tiene como misión equilibrar la simetría de ambas ramas diferenciales como se puede observar en la figura 4, actuando sobre el potenciómetro P modifica el nivel de señal transferida del colector del
T1 a la base del T3,
El circuito que normalmente adoptan los fabricantes es un montaje de entrada diferencial y con salida simple según podemos observar en la figura
5, En este circuito los transistores T1 y T2 igual que las resistencias R1 y R2, R3 y R4 son idénticos dos a dos para mantener equilibrado el circuito.
3. Etapa de salida
La zona de salida está compuesta por una o varias etapas cuya función consiste en realizar la adecuada transformación de impedancias con el fin de lograr una mínima impedancia de salida.
Para este cometido pueden utilizarse diversos pasos de tipo convencional, desde una simple etapa de seguidor de emisor, hasta etapas de potencia más o menos elaboradas.
En cualquiera de los casos mencionados anteriormente deben observarse las condiciones siguientes:
· La impedancia de entrada de la etapa de salida debe de ser sustancial- mente más elevada que la impedancia de salida de la etapa anterior.
· La impedancia de salida de la última etapa (Zo del A.O.) debe ser la mínima, o al menos de magnitud notablemente inferior a la impedancia de carga.
La figura 6 muestra una etapa de salida típica adoptada por los fabricantes en la que podemos ver que los transistores T2 y T3 están montados como seguidores de emisor con el fin de aislar la entrada de la salida, los diodos D1 y D2 se eligen para obtener a través de los transistores T2 y T3 el valor deseado de corriente de reposo.
Supongamos una señal de entrada positiva con respecto a masa. Entonces el T1 conduce y la corriente Ic1 aumentará. Las bases de los transistores T1 y T2 se hacen más negativas, obligando a T3 a conducir. Entonces, a la carga RL le aplicamos una tensión negativa con respecto a masa que nos la proporcionaría -Vcc.
De haber sido la señal de entrada negativa, hubiera conducido T2 al ha- cerse la base más positiva y entonces a la carga le llegará una tensión positiva.
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