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''En filosofía son más esenciales las preguntas que las respuestas''.

Karl Jaspers(1883-1969)
Psiquiatra y filósofo alemán
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Aplicación práctica:

Para que veas que todo lo que se ha dicho es cierto te invito a que montes el siguiente circuito y compruebes tu mismo con un voltímetro que todo esto se cumple en la práctica. El amplificador operacional empleado es el741:

En este circuito la Av = 1+ 47K/33K = 2,42

. Ajusta la tensión de entrada a 4 voltios mediante el potenciómetro de 10K y comprueba que la salida es Vo = Av * 4 = 9,7 voltios

. Mide la tensión en las entradas inversora y no inversora y comprueba que son iguales.

. Varía el potenciómetro a tu gusto y comprueba que siempre se cumple que Vo = Av * Vi

. Llega un momento que Vo no puede subir ni bajar mas => tensión de saturación

3.4. Pequeño amplificador de audio

Un amplificador operacional no es capaz por si solo de entregar corrientes muy grandes por la salida, por lo que no podemos conectarles directamente un altavoz y oir música. Hemos visto hasta ahora que los amplificadores inversores y no inversores tienen una ganancia en tensión Av. Este no es el problema, el problema esta en la corriente (Amperios) que son capaces de entregar, necesitamos entonces añadir algún dispositivo que sea capaz de ampliar esa corriente. El dispositivo capaz de hacer esto es el transistor, y la forma mas sencilla de utilizarlo es la siguiente:

En la figura puedes distinguir un amplificador inversor en el que hemos hecho algunos cambios.

El amplificador operacional empleado es un LM833, especial para audio. Puedes probar con otros operacionales y verás la diferencia.

La etapa de transistores formada por Q1 y Q2 tiene como única finalidad suministrar toda la corriente que no puede el operacional. Los transistores empleados son los BC547 y BC557, Estos no son de gran potencia por lo que tendrás que usar un altavoz pequeño.

Fíjate donde tiene puesta la realimentación, directamente en la salida pasando por encima de los dos transistores. Esto soluciona algunos problemas de falta de linealidad en la etapa de los transistores. Además, si analizas el circuito igual que hacíamos en el apartado del amplificador inversor verás que te sale exactamente lo mismo:

Además, R2 es una resistencia variable, que puede hacerlo de 0 a 22K. Esto hace que la ganancia en tensión (Av) del circuito varía desde 0 hasta -2,2 variando así el volumen del altavoz, si quieres conseguir mas volumen puedes cambiar R2 por una mayor.

3.5. Sumador Inversor

Podemos usar el amplificador operacional para sumar varias señales, con su masa común. Un amplificador de este tipo se denomina amplificador sumador. Amplificadores de este tipo se encuentran en cualquier mesa de mezclas.

La forma básica del sumador inversor es:

Si te fijas un poco verás que no es mas que un amplificador inversor con dos entradas, y por lo tanto, con dos resistencias de entrada. Para facilitar el análisis pondremos estas dos resistencias iguales (R1).

V1 y V2 representan las señales de entrada. El circuito se analiza igual que el amplificador inversor con la diferencia que aquí la I3 es la suma de las corrientes I1 e I2:

Calculamos I1:

Calculamos I2:

Igualando I3 = I1 + I2:

Pero por otra parte podemos calcular tambien I3, como la corriente que pasa por R3 con una tensión de 0 - Vout = -Vout:

Sustituyendo este valor de I3 en la ecuación antes obtenida tenemos que:

Esta ecuación nos dice que la salida será la suma de las dos entradas multiplicadas por un número: Av = -(R3/R1). Puedes ponerle todas las entradas que queiras y la salida será la suma de todas las entradas por Av.

Aplicación práctica:

Te propongo este circuito, es un mezclador de audio. Fíjate bien y verás que esta formado por bloques que ya hemos estudiado. El operacional empleado es el LM833, que es un amplificador operacional doble especial para audio.

Las dos entradas (V1 y V2) pasan antes de ser mezcladas por sendos amplificadores inversores de ganancia variable. La ganancia de V1 será, según lo que hemos visto hasta ahora, Av1= -(R3 / R1). como R1 es 10K y R3 puede variar entre 0 y 10K, la ganancia de V1 variará entre 0 y -1. esto quiere decir que podremos variar el volumen de la entrada V1 desde 0 hasta el mismo nivel de entrada. Y lo mismo pasa con V2.

Y después viene el mezclador. En el circuito que te propongo tiene todas las resistencias iguales, así que tendrá una ganancia fija de -1.

A la salida puedes poner el pequeño amplificador de audio que hemos visto en el apartado anterior y así puedes escuchar tus mezclas.

4. Comparadores

4.1. Introducción

Frecuentemente queremos comparar una tensión con otra para ver cual es la mayor. En esta situación, un comparador puede ser una solución perfecta. Este circuito tiene dos terminales de entrada (inversor y no inversor) y un terminal de salida. Cuando la tensión de la entrada no inversora (entrada +) es mayor que la de la entrada inversora (entrada -) el comparador produce una tensión de salida de nivel alto. Cuando la tensión de entrada no inversora es menor que la de la entrada inversora, el comparador produce una tensión de salida de nivel bajo.

4.2. Circuito básico

La manera mas sencilla de construir un comparador consiste en conectar un amplificador operacional sin resistencias de realimentación. Tal y como se muestra en la figura:

Cuando empezamos a estudiar los amplificadores operacionales dijimos que un operacional "lee" la tensión en la entrada +, le resta la tensión de la entrada - y el resultado lo multiplica por un número muy grande para sacarlo después en forma de tensión por la salida. En el741 este número esta en torno al 100000. Claro, según lo que acabamos de decir, si Vin es 1 voltio la salida tendría que ser de 100000 voltios, esto es absurdo: Existe una tensión máxima de salida del operacional de la que nunca pasará. A esta tensión se le llama "tensión de saturación" (Vsat)

Esta tensión de saturación vendrá determinada por la tensión de alimentación y por el tipo de operacional que utilizes. En el caso del741 alimentado a ±12V la Vsat es de unos 10V. Por lo tanto, cuando Vin sea mayor que 0 la salida se disparará a +Vsat, y cuando sea inferior a 0 la salida se disparará a -Vsat : Estamos comparando Vin con una señal de referencia que, en este caso, es 0.

Ahora vamos a alimentar el circuito anterior con tensión simple de 15V y vamos a poner unas resistencias para poder variar la tensión de referencia (Vref):

Como la corriente que entra al operacional es 0 la Vref vendrá dada por la siguiente expresión:

Cuando la tensión de entrada Vin sea mayor que la de referencia => Vin - Vref dará un número positivo y por lo tanto la tensión de salida estará a nivel alto (cercano a 12 voltios)

Cuando la tensión de entrada Vin sea menor que la de referencia => Vin - Vref dará un número negativo y por lo tanto la salida estará a nivel bajo (cercano a 0 voltios)

4.3. Báscula Schmitt

Si la entrada de un comparador contiene ruido, la salida puede ser errática cuando Vin está cerca de la tensión de referencia. Para solucionar esto se recurre a un comparador con báscula Schmitt. El esquema es el siguiente:

Fíjate que con este esquema la tensión de la entrada + no es siempre la misma, depende de la tensión de salida Vout. Por lo tanto no siempre conmuta para el mismo valor de Vin

Por ejemplo: si Vout y Vin son cero. Estarás de acuerdo conmigo en que en ese momento la tensión de la entrada + es cero.

Si vas aumentando Vin, la tensión en la entrada + irá aumentando también, pero irá por debajo de Vin

Cuando Vin llegue a valer lo que Vref no se producirá la conmutación ya que la tensión en la entrada + es inferior.

Sigues aumentando Vin hasta que llega un momento en el que la tensión de la entrada + supera a la Vref, en ese momento la salida Vout se pone a nivel alto.

Al ponerse la salida a nivel alto súbitamente, la tensión en la entrada + que era inferior a Vin se vuelve mayor que Vin.

Ahora aunque baje ligeramente la Vin el comparador no volverá a conmutar porque ahora la tensión en la entrada + es mayor que Vin.

El valor de Vin que hace que la salida del comparador conmute de 0 a nivel alto (Vsat) viene dado por la expresión:

Y el valor de Vin que hace que la salida del comparador conmute del nivel alto (Vsat) al nivel bajo viene dado por esta otra expresión:

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