Amplificadores Operacionales - Respuesta en Frecuencia
Electrónica
Índice
1. Introducción
- Objetivos y herramientas
- Modelado de señales
- Caracterización de amplificadores en el dominio de la frecuencia
- Bandas de frecuencia del amplificador
- Frecuencia de corte. Ancho de banda ( BW)
- Efecto de las limitaciones de alta y baja frecuencia 2. Función de transferencia
- Laplace, Fourier, polos y ceros
- Representación gráfica: diagrama de Bode
- Diagrama de Bode de módulo 3. Diagrama de Bode
- Términos básicos
- Módulo y fase
- Ejemplos 4. Análisis por bandas de frecuencia
- Función de transferencia en función de la ganancia en frecuencias medias
- Simplificación de la F.T. a frecuencias medias, bajas y altas
- Frecuencias de corte
- Polo dominante
- Sin polo 5. Aplicaciones básicas: Filtros con AO ideal
- Filtro paso bajo con polo
- Filtro paso alto polo-cero
- Otros filtros
- Otras configuraciones básicas
Referencias
Material de estudio recomendado: Malik:
- Capítulo 2, secciones 2.2 a 2.3.4; 2.5.1 a 2.5.10; y 2.6 Sedra-Smith:
- Capítulo 2, secciones 2.1 a 2.6; y 2.9 Hambley:
- Capítulo 2 Nota: En todos los casos se excluyen las dependencias internas con la frecuencia y el trabajo en “gran señal”.
Introducción
Motivación
Señales y amplificadores:
- Los amplificadores han de procesar señales de muy diversa naturaleza
Objetivos básicos
- Adaptar niveles de la señal ( tensión, corriente, potencia)
- Optimizar la interconexión a generadores y cargas
- Ajustar las características en frecuencia de la información de entrada
- Por ejemplo: modificar o seleccionar las componentes de la señal
Objetivos y herramientas
Necesidades desde el punto de vista de la Ingeniería
- Poder analizar el comportamiento de los circuitos en el dominio de la frecuencia
- En función de tal análisis, conocer las dependencias y relaciones entre dispositivos, circuitos y sus prestaciones ( ganancias, etc.)
- Tener capacidad para ajustar y adaptar las características del amplificador a la aplicación deseada
Herramientas necesarias
- Conocimiento de las características de los dispositivos* en función de la frecuencia (ω)
- Conocimiento de técnicas de análisis específicas:* por ejemplo, Bode, para identificar las dependencias importantes
- Conocimiento de configuraciones típicas:* por ejemplo, filtros de señal
Modelado de señales
Las señales reales son muy complejas de modelar:
- Fenómenos electromagnéticos ( ecuaciones de Maxwell)
- Ecuaciones diferenciales complejas de variables complejas
- El problema general se simplifica según el caso
Ejemplo: El condensador
Fundamento físico ( dominio del tiempo): i_C ( t) = C · dv_C ( t)/dt Exacto pero difícil de analizar. Simplificación ( dominio de la frecuencia):
- Solo válido para Régimen Permanente Senoidal ( R.P.S.)
- Limitado, pero fácil de analizar
- Concepto de impedancia: Z_C = 1/( jωC)
Caracterización de amplificadores
La respuesta en frecuencia describe cómo varía la ganancia ( amplitud y fase) en función de la frecuencia de la señal de entrada.
Bandas de frecuencia
- Baja frecuencia:* Donde domina el efecto de condensadores de acoplamiento
- Frecuencias medias:* Zona plana donde la ganancia es constante
- Alta frecuencia:* Donde domina el efecto de capacidades parásitas
Frecuencia de corte ( f_c)
Frecuencia donde la ganancia cae 3 dB respecto al valor en frecuencias medias: |A (ω_c)| = |A_m| / √2
Ancho de banda ( BW)
BW = f_cH - f_cL Donde:
- f_cH: frecuencia de corte superior
- f_cL: frecuencia de corte inferior
Efecto de las limitaciones de frecuencia
Las limitaciones tanto en baja como en alta frecuencia afectan:
- Al ancho de banda útil del amplificador
- A la forma de la respuesta en frecuencia
- A la estabilidad del sistema en retroalimentación