Documento en el que se presenta el concepto y cómo medir el Slew Rate, Impedancia de Entrada y salida, Ganancia, Ganancia por ancho de banda, Ancho de banda y rechazo a fuente de los amplificadores operacionales.

1. Electrónica III Laboratorio
Práctica de Laboratorio 1
Electrónica III
Jeisson Fernández,
Natalia Virgüez
17 de Mayo de 2022
Resumen
- En esta práctica de laboratorio se implementan los procesos adecuados para tomar
algunas mediciones en Amplificadores Operacionales. Tales como, el Slew Rate, la ga-
nancia por ancho de banda, el rechazo a fuente, ganancia de volaje, la impedancia de
entrada Zi e impedancia de salida Zo.
Para este caso particular, se toman mediciones sobre el amplificador operacional TL082
Palabras Clave:
Slew Rate, Ganancia por ancho de banda, Rechazo a fuente, ganancia de voltaje, Zi,
Zo.
I. Introducción
El Amplificador Operacional, es un amplificador de corriente continua, multietapa con entrada dife-
rencial, cuyas caracterı́sticas se aproximan a las de un amplificador ideal, en el cual se busca obtener
las siguientes caracterı́sticas:
Impedancia de entrada infinita
Impedancia de salida nula
Ganancia de tensión infinita
Respuesta de frecuencia infinita
Insensibilidad a la temperatura (Drift Nulo)
Sin embargo, en la realidad, aunque se intenta acercar a estos objetivos, los amplificadores operacio-
nales no logran ser ideales y cada uno presenta variaciones en dichas caracterı́sticas.
II. Objetivos
Determinar cómo medir diferentes caracterı́sticas de los amplificadores operacionales.
Aplicar los métodos adecuados y medir sobre el amplificador operacional elegido sus carac-
terı́sticas principales en un simulador, para este caso se ha elegido Proteus.
U.D. Francisco José de Caldas

2. Práctica N°1
Comprender la información reflejada en el datasheet del amplificador operacional y sus gráfi-
cas.
Comparar con el datasheet los resultados obtenidos a través del simulador y los cálculos reali-
zados.
III. Marco Teórico
III.I. Amplificador Operacional
Son dispositivos compactos activos y lineales de alta ganancia, diseñados para proporcionar la fun-
ción de transferencia deseada. Un amplificador operacional (A.O. también op-amp), es un amplifica-
dor de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y nega-
tivas, lo cual permite que obtenga excursiones tanto por arriba como por debajo de masa o punto de
referencia que se considere. Se caracteriza especialmente por que su respuesta en: frecuencia, cam-
bio de fase y alta ganancia que se determina por la realimentación introducida externamente. Por su
concepción, presenta una alta impedancia (Z) de entrada y muy baja de salida.
La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): Vout =
G·(V+ – V-).
Estos dispositivos se caracterizan por ser construidos en sus componentes más genéricos, dispues-
tos de modo que en cada momento se puede acceder a los puntos digamos ((vitales)) en donde se co-
nectan los componentes externos cuya función es la de permitir al usuario modificar la respuesta y
transferencia del dispositivo.
Figura 1: Amplificador Operacional
III.II. Slew Rate
El Slew Rate representa la velocidad de variación de la tensión de salida del amplificador operacio-
nal con respecto al tiempo, es decir
SR =
dVo(t)
dt
(1)
Este parámetro se mide en V/µs y cuanto mayor es esta caacterı́stica, mejor responde a variaciones
de tensión el amplificador operacional.
Podemos medir el Slew Rate en la frecuancia máxima de trabajo del amplificador en la que no haya
distorsión de la señal de salida, de la siguiente manera:
SR = 2πfmaxVpk (2)
Laboratorio 2 Electrónica III

3. Parámetros del Amplificador Operacional
La razón de la limitación del SR es el condensador de compensación que usa internamente el ampli-
ficador para corregir ciertas caracterı́sticas de la respuesta en frecuencia.
III.III. Ganancia por ancho de banda
El ancho de banda de un amplificador es el margen de frecuencia en el que el dispositivo es capaz de
amplificar. El ancho de banda se expresa en MHz y viene determinado por el rango definido entre la
frecuencia superior y la frecuencia inferior en el cual el amplificador trabaja. Ahora, el producto de
ancho de banda de ganancia (designado como GBWP , GBW , GBP o GB ) para un amplificador es
el producto del ancho de banda del amplificador y la ganancia a la que se mide el ancho de banda.
En los amplificadores operacionales que están diseñados para tener una respuesta de frecuencia sim-
ple de un polo, el producto de ancho de banda de ganancia es casi independiente de la ganancia a la
que se mide; en tales dispositivos, el producto ganancia-ancho de banda también será igual al ancho
de banda de ganancia unitaria del amplificador (el ancho de banda dentro del cual la ganancia del
amplificador es al menos 1).
III.IV. Rechazo a fuente
La relación de rechazo de la fuente de alimentación ( PSRR ), es un término ampliamente utilizado
para describir la capacidad de un circuito electrónico para suprimir cualquier variación de la fuente
de alimentación en su salida señal.
el PSRR se define como la relación entre el cambio en el voltaje de suministro y el voltaje de salida
equivalente (diferencial) que produce, a menudo expresado en decibelios. Un amplificador operacio-
nal ideal tendrı́a cero PSRR. El voltaje de salida dependerá del circuito de retroalimentación, como
es el caso de los voltajes de compensación de entrada regulares.
PSRR = 10 log10
∆V 2
supplyA2
v
V 2
out
!
[dB] (3)
III.V. Ganancias e impedancias de entrada y salida
Ganancia lazo abierto: Cuando se aplica una señal a la entrada, la ganancia es el cociente
entre la tensión de salida Vs y la de entrada Ve que tiene el amplificador operacional cuando
no existe ningún lazo de realimentación entre la salida y alguna de las dos entradas.La ganan-
cia del amplificador en lazo abierto está dada por la siguiente fórmula:
AV =
Vs
Ve
(4)
Figura 2: Ganancia Lazo Abierto, Amplificador Operacional
Electrónica III 3 Laboratorio

4. Práctica N°1
Ganancia lazo cerrado: Como decimos los amplificadores operacionales prácticos tienen ga-
nancia de tensión muy alta, sin embargo esta ganancia varı́a con la frecuencia. La forma de
compensar esto es, controlar la ganancia de tensión que tiene el amplificador operacional, uti-
lizando elementos externos para realimentar una parte de señal de la salida a la entrada, que
hará que el circuito sea mucho más estable. Con la realimentación, la ganancia de lazo cerra-
Figura 3: Ganancia Lazo Cerrado, Amplificador Operacional
do, depende de los elementos empleados en la realimentación y no de la ganancia básica de
tensión del amplificador operacional, por lo que, para modifica la ganancia modificaremos los
valores de R1 y R2. Como veremos a continuación, los circuitos con amplificadores operacio-
nales, resistencias y condensadores, los podemos configurar para obtener diversas operaciones
analógicas como sumas, restas, comparar, integrar, filtrar y por supuesto amplificar.
La ganancia se obtiene por la siguiente fórmula: AV= – Vo / Vin. El sigo negativo indica que
la señal en la salida será la opuesta a la entrada (se confirma que una señal positiva aplicada a
la entrada produce una tensión negativa a la salida y viceversa).
III.VI. Impedancias
Impedancia de Entrada Zi: Se define como la impedancia que el amplificador presenta a la
fuente de excitación conectada a una de las dos entradas y con la otra a masa. Zi varı́a con la
temperatura y la frecuencia, suele darse para determinada condiciones concretas. La variación
de Zi modifica la ganancia del amplificador operacional. Debido a que el amplificador opera-
cional es un amplificador de tensión, Zi debe de ser muy elevada con el fin de evitar cualquier
efecto de carga sobre la etapa anterior de excitación. El valor tı́pico de la impedancia de entra-
da suele ser del orden de los Mega Ohmios.
Impedancia de Salida Zo: Es la impedancia que presenta el amplificador operacional hacia
una carga conectada a la salida. Una Zo elevada reduce la ganancia del A.O. y puede dar lu-
gar a que la etapa siguiente cargue el A.O. Por otra parte la impedancia de salida disminuye
al aumentar la frecuencia de trabajo, ya que, en estas circunstancias A disminuye. Los valores
normales a Zo son inferiores a 100 ohmios.
Laboratorio 4 Electrónica III

5. Parámetros del Amplificador Operacional
IV. Procedimientos
IV.I. Medición de Slew Rate
Para la medición del Slew Rate se ha implementado el siguiente circuito:
Figura 4: Amp Operacional inversor con TL082
En el que se ha generado una señal cuadrada en el generador de señales y se ha medido el Slew Rate
como ∆V/∆t, los cuales pueden observarse a continuación:
Figura 5: Osciloscopio con señales Vi azul y Vo amarilla
Por lo que se ha obtenido
SR =
6V
0, 65µS
= 9, 23
V
µS
IV.II. Ganancia por ancho de banda
Con el fin de medir la ganancia y la respuesta en frecuencia del amplificador, se ha implementado el
siguiente circuito:
Figura 6: Amp Operacional inversor con TL082 para respuesta en frecuencia
Electrónica III 5 Laboratorio

6. Práctica N°1
Con el cual se ha obtenido el siguiente diagrama en el cual se aprecia la ganancia máxima 19, 2dB y
la frecuencia de corte 752kHz en donde se tiene A/
√
2 = 13, 57dB
(a) Ganancia máx 19, 2dB (b) Frecuencia de corte 572KHz, A/
√
2
IV.III. Ganancia
Para la medición de la ganancia es necesario hacer el diagrama de bode para conocer el comporta-
miento de esta en las diferentes frecuencias. Se realizó el barrido de frecuencia desde 10 Hz hasta 1
GHz. El circuito utilizado fue el siguiente
Figura 8: Amplificador Operacional TL082
En el siguiente diagrama de bode observamos que la ganancia de voltaje máxima es de 60dB y la
frecuencia de corte es en aproximadamente 1MHz.
(a) Ganancia máx 60dB (b) Frecuencia de corte 1MHz
Laboratorio 6 Electrónica III

7. Parámetros del Amplificador Operacional
IV.IV. Impedancia de entrada
Para realizar las respectivas mediciones de la impedancia lo primero que debemos hacer es identifi-
car la configuración en la que está el amplificador operacional. En este caso utilizaremos un amplifi-
cador inversor.
Figura 10: Montaje para hallar Zia
Para realizar el correcto análisis aplicamos el cortocircuito virtual, es decir, como tenemos la alimen-
tación negativa tenemos la salida conectada a la entrada negativa, por lo tanto, tendremos la misma
tensión en la entrada positiva. Por ende, la entrada negativa está conectada virtualmente a tierra.
Por ende, observamos que la impedancia de entrada resulta ser R1, ası́ que es de 1 Mega ohmio. En
la siguiente imagen está una representación más explicita (graficamente)de como influye la tierra
virtual al momento de analizar el circuito.
Figura 11: Montaje explı́cito para hallar Zia
IV.V. Impedancia de salida
Para realizar las respectivas mediciones de la impedancia de salida tenemos el siguiente circuito
Figura 12: Montaje para hallar Zoa
Lo primero que tenemos que hacer es apagar las fuentes independientes, por lo tanto la diferencia de
Electrónica III 7 Laboratorio

8. Práctica N°1
tensión entre la entrada más (+) y menos (-) es cero. Por la tanto la impedancia de salida es cero.
Sin embargo, en la realidad Zoa es al rededor de los cientos de ohmios, por ende, serı́a R3.
V. Conclusiones
Se puede observar, que los amplificadores no son capaces de seguir las señales de entrada ins-
tantáneamente, y aunque algunos pueden ser más rápidos que otros al hacerlo, siempre hay un
tiempo en el que tarda el amplificador operacional para procesar la señal de entrada.
El amplificador operacional responde de manera óptima al amplificar dentro de un rango de
frecuancias. Sin embargo, al superar dicho rango de frecuencias, o ancho de banda, este deja
de amplificar.
Los amplificadores operacionales, dependiendo su fabricación pueden trabajar en diferentes
frecuencias, por lo que resulta conveniente elegir un amplificador operacional que trabaje en el
mismo rango de frecuencias de la señal que queremos amplificar.
Al observar la ganancia nos damos cuenta que es de 60dB; según el datasheet la ganancia del
amplificador es de 90 dB, por ende nos dio una aproximación similar a la de la hoja de datos
del amplificador operacional, comprobando ası́ que la medición se realizó correctamente.
Respecto a las mediciones realizadas en la impedancia de entrada y salida, observamos que
está concuerda con la teorı́a, ya que la teorı́a nos dicta que la impedancia de entrada (Zia)
tiende a infinito y se obtuvo en la simulación una Zia por el orden de los Mega Ohmnios lo
cual es un buen valor a comparar. La impedancia de salida (Zoa), teóricamente debe ser de
cero y según las mediciones obtuvimos un valor de 200 ohmnios lo cual también es un valor
bastante pequeño.
Finalmente concluimos que en amplificador operacional de referencia TL082 puede ser apli-
cado como: inversor y no inversor; sumador y restador; comparador; amplificador diferencial;
derivador e integrador.
VI. Bibliografı́a
[I] Amplificadores operacionales y filtros activos, Antonio Pertence Junior, McGraw-Hill. Págs 3 -
8.
[II] AMPLIFICADOR OPERACIONAL Slew-rate
[III] AMPLIFICADOR OPERACIONAL
[IV] IMPEDANCIAS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Laboratorio 8 Electrónica III