Además de las aplicaciones obvias de amplificación, los amplificadores operacionales también se pueden utilizar en muchas otras aplicaciones y circuitos. En este tutorial, aprenderá sobre algunos circuitos de amplificadores operacionales no lineales de uso común. En un circuito de amplificador operacional no lineal, las características de entrada y salida no son lineales, es decir, no son lineales.
Tabla de contenido
Introducción
Junto con los circuitos lineales, los amplificadores operacionales también se utilizan ampliamente para construir circuitos no lineales, es decir, circuitos en los que la salida cambia de forma no lineal en respuesta a cambios en la entrada. Estos circuitos se conocen comúnmente como circuitos de conmutación, y sus salidas cambian entre niveles de voltaje de saturación positivos y negativos. Las configuraciones de circuito más utilizadas son los detectores de cruce por cero, los gatillos Schmitt y los multivibradores estables y monoestables.
Detector de cruce por cero
El detector de cruce por cero es la configuración de circuito más simple para un circuito de conmutación de amplificador operacional. En esta configuración, la señal de entrada se aplica a uno de los terminales de entrada y la otra entrada se conecta a tierra. Este circuito no requiere una conexión de retroalimentación.
Detector de cruce por cero no inversor
Cuando se conecta una fuente de señal de entrada al terminal de entrada no inversor de un amplificador operacional y el terminal de entrada inversor está conectado a tierra, el circuito se denomina detector de cruce por cero no inversor. El esquema se muestra en la siguiente figura.
Si la señal de entrada está por encima del nivel del suelo, la salida del circuito está saturada en extremos positivos. Cuando la entrada cae por debajo del nivel del suelo, el voltaje de salida del circuito cambia inmediatamente a un nivel de saturación negativo. Cada vez que la señal de entrada cruza el nivel de voltaje cero, la salida cambia entre un nivel de saturación y otro. La salida del circuito anterior se encuentra en un estado de saturación positivo cuando el voltaje de entrada aplicado es positivo, por lo que este circuito se clasifica como un detector de cruce por cero no inversor. Las formas de onda de entrada y salida de un detector típico de cruce por cero no inversor se muestran en la figura anterior. Independientemente de la forma de la onda de entrada, la salida es siempre una onda cuadrada.
Detector de cruce por cero invertido
Cuando se aplica una señal de entrada al terminal de entrada inversor de un amplificador operacional y el terminal de entrada no inversor está conectado a tierra, el circuito se denomina detector de cruce por cero inversor. El circuito se muestra en la siguiente figura.
Si la entrada está por encima del nivel del suelo, la salida está saturada con un voltaje de polo negativo. Cuando el voltaje de entrada cae por debajo del nivel del suelo, la salida cambia inmediatamente a un voltaje de saturación positivo. Cuando la entrada es positiva, la salida está saturada con un voltaje negativo, por lo que este circuito se denomina detector de cruce por cero inverso. Las formas de onda de entrada y salida del detector de cruce por cero invertido se muestran en la figura anterior.
Circuito de disparo Schmidt
Un circuito detector de cruce por cero con una conexión de retroalimentación (generalmente positiva) constituye un disparador Schmitt. El circuito de disparo Schmitt tiene un límite de voltaje de entrada superior e inferior predefinido y se activa para cambiar la salida de un nivel de saturación a otro.
En la figura anterior se muestra un circuito de disparo Schmidt típico. Voltaje de entrada VYse aplica al terminal de entrada inversor, y una parte del voltaje de salida se conecta al terminal de entrada no inversor como retroalimentación, y se conecta a través de una red divisora de potencial. Voltaje de entrada VY Activa la tensión de salida Vfuera Para cambiar de un nivel de saturación a otro siempre que la tensión de entrada supere un determinado nivel de tensión predefinido. Estos niveles de tensión se definen como la tensión umbral superior (VUtah) y una tensión umbral más baja (VLT).
Las formas de onda de entrada y salida del circuito de disparo Schmitt se muestran en la figura anterior. Voltaje de entrada VY es menor que el umbral superior de voltaje VUtah, la tensión de salida está saturada a un valor extremo positivo de +VsueloCuando la tensión de entrada supera VUtah, la salida cambia inmediatamente a un nivel de saturación negativo de -Vsuelo.
Los puntos de activación superior e inferior (voltajes umbral) se pueden calcular matemáticamente utilizando la siguiente ecuación:
VUtah = [R2.(+Vsat)]/(R1+R2) y VLT =R2. (-Vsuelo)/(R1+R2)
Si R2/(R1+R2Si ) = β, entonces VUtah = β (+Vsuelo) y VLT = β (-Vsuelo)
La ecuación anterior se basa en la selección adecuada del valor de la resistencia R.1 & R2Los niveles de umbral superior e inferior se pueden ajustar y controlar con precisión.
Multivibrador inestable que utiliza un amplificador operacional
El circuito multivibrador inestable de un amplificador operacional consiste en agregar componentes externos al detector de cruce por cero o al circuito de disparo de Schmitt. Un multivibrador estable es una configuración de circuito no lineal que utiliza un amplificador operacional (la salida varía de forma no lineal con respecto a la entrada) para generar una onda cuadrada sin un disparador externo. No hay un estado de salida estable en este circuito, solo dos pseudoestados. La salida oscila continuamente entre estos dos estados metaestables. Un multivibrador estable es esencialmente un oscilador porque no requiere un pulso externo para activarse. Por esta razón, este circuito a menudo se denomina oscilador autopropulsado. Sin embargo, este circuito utiliza una fuente de alimentación de CC para el amplificador operacional. El multivibrador estable se puede configurar para producir una onda cuadrada de la frecuencia, amplitud y ciclo de trabajo requeridos.
El esquema de un multivibrador inestable que utiliza un amplificador operacional se muestra en la siguiente figura. El circuito tiene una configuración de disparo Schmitt, tiene una conexión de retroalimentación y contiene un condensador de entrada en el terminal de entrada inversor.
Cuando la salida del circuito multivibrador inestable está en un nivel de saturación positivo, la corriente fluye hacia el condensador C a través de la resistencia de retroalimentación R1. Esto cargará el condensador para que la placa superior sea positiva. El condensador se carga hasta que su voltaje alcanza el voltaje de disparo superior del disparador Schmitt. En este punto, la salida del circuito cambia inmediatamente a un nivel de saturación negativo. Dado que no hay corriente fluyendo a través del condensador, el condensador comienza a descargarse. La descarga del condensador continúa hasta que la tensión del condensador alcanza la baja tensión de disparo del disparador Schmitt. La salida cambia a un nivel de saturación positivo y el ciclo se repite.
Tenga en cuenta que este circuito es un generador de onda cuadrada y su salida oscila entre los niveles de voltaje de saturación positivo y negativo del amplificador operacional. La frecuencia de la onda cuadrada de salida depende de la capacitancia C y del valor de la resistencia de retroalimentación R1.
La forma de onda de la salida del multivibrador inestable y el voltaje del condensador se muestran en la siguiente figura.
La misma configuración de circuito se puede utilizar para generar una onda cuadrada de frecuencia sintonizable en el rango mediante la inclusión de un potenciómetro en serie entre las Rs2 y R3Al ajustar el valor de resistencia del potenciómetro, se puede cambiar la frecuencia de la onda cuadrada de salida.
Amplificador operacional Multivibrador monoestable
Un multivibrador monoestable, como su nombre indica, es un circuito con un estado de salida estable. Un voltaje de salida típico puede ser alto o bajo y permanece en ese estado hasta que se activa. Cuando se aplica un pulso de disparo, la salida cambia al estado opuesto durante un tiempo que depende del componente RC del circuito.
Uso general de amplificadores operacionalesEl circuito de un multivibrador monoestable se muestra en la figura anterior. El terminal de entrada inversor del amplificador operacional está conectado a tierra a través de la resistencia R3 El terminal de entrada no inversor está polarizado positivamente por la resistencia R1 y R2. Esto da como resultado que la salida esté en un nivel de saturación normalmente positivo y que el condensador C2 Está cargado de polaridad como se muestra.
Pulso de entrada VY se aplica al condensador C.1, la entrada se diferencia en C1 y la resistencia R3para generar picos positivos y negativos en los terminales de entrada inversora del amplificador operacional. El pico negativo es recortado por el diodo D1 a -0,7 V, por lo que el pico negativo no afecta al circuito. Un pico positivo hace que el voltaje en el terminal de entrada inversor sea mayor que el voltaje de polarización en el terminal de entrada no inversor. Como resultado, la salida del amplificador operacional cambia a un nivel de saturación negativo. La duración del pico es muy corta y el voltaje de entrada inversor vuelve rápidamente a cero. Sin embargo, cuando la salida se satura negativamente, el condensador C2 Impulsa un voltaje de entrada no inversor. Esto mantiene el terminal de entrada no inversor por debajo del nivel del suelo después de que desaparece el pico, manteniendo la salida en un nivel de saturación negativo.
Cuando la salida está en un nivel de saturación negativo, el condensador C2 Iniciar la descarga a través de la resistencia R1 y R2, aumentando gradualmente el voltaje de entrada no inversor al nivel del suelo. Si el voltaje de entrada no inversor se eleva ligeramente por encima del nivel del suelo, la salida del amplificador operacional cambia inmediatamente a un nivel de saturación positivo y el circuito vuelve a su estado original. El ancho de pulso de la onda de salida depende de la capacitancia C2 y tensión de polarización VR2, y también a la resistencia R1 y R2.
Las formas de onda de entrada y salida de un multivibrador monoestable se muestran en la figura anterior.
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