viernes, 28 de mayo de 2010

LM386


LM386

El LM386 es un amplificador de potencia, diseñado para el empleo en usos de consumo de voltaje bajos. La ganancia interna es puesta a 20 para mantener la parte externa en cuenta baja, pero la adición de una resistencia externa y un condensador entre los pines 1 y 8 aumentarán la ganancia a cualquier valor entre 20 y 200.
Las entradas son referidas a tierra, mientras la salida influye automáticamente a la mitad de tensión del suministro. El drenador de potencia es de sólo 24 miliwatios aplicando un suministro de 6 voltios, esto hace ideal el LM386 para la operación en baterías.
















El amplificador operacional, está constituido por un circuito de entrada diferencial, en el diagrama anterior se aprecian los dos transistores que forman el amplificador diferencial y también las entradas (pines 1-8) para el control de ganancia.El encapsulado DIL es de 8 pines y se muestra en la figura.

















Para hacer al LM386 que proporcione un amplificador más versátil, dispone de dos pines (1 y 8) para el control de ganancia. Con los pines 1 y 8 abiertos, una resistencia de 1.35 kW pone la ganancia en 20 (26 dB). Si se pone un condensador del pin 1 al 8, como bypas de la resistencia interna de 1.35 k W, la ganancia se acercará a 200 (46 dB). Si colocamos una resistencia en serie con el condensador, la ganancia puede ser puesta a cualquier valor entre 20 y 200. El control de ganancia también se puede hacer capacitivamente acoplando una resistencia (o FET) del pin 1 a masa.
Con componentes adicionales externos, colocados en paralelo con las resistencias de regeneración internas, se puede adaptar la ganancia y la respuesta en frecuencia para usos concretos. Por ejemplo, podemos compensar la pobre respuesta de bajos del altavoz por frecuencia, mediante la realimentación. Esto se hace con una serie RC del pin 1 a 5 (resistencia en paralelo a la interna de 15 k).
Para un estimulador de bajos (bass boost) de 6 dB eficaces: R± 15 k W, el valor más bajo para una buena operación estable es R = 10 kW si el pin 8 está al aire. Si los pines 1 y 8 se evitan, entonces la R usada puede ser tan baja como 2 k. Esta restricción es porque el amplificador sólo es compensado para ganancias en lazo cerrado mayor de 9.
El esquema muestra que ambas entradas (2-3), están puestas a masa con una resistencia de 50 kW. La corriente de base de los transistores de entrada es aproximadamente de 250 nA, entonces las entradas están en aproximadamente 12.5 mV cuando están abiertas. Si la resistencia de la fuente dc que maneja el LM386 es más alta de 250 kW esto contribuirá a una muy pequeña compensación adicional (aproximadamente 2.5 mV en la entrada, 50 mV en la salida). Si la resistencia de la fuente dc es menos de 10 k, podemos eliminar el exceso compensado, poniendo una resistencia en la entrada no usada a masa, mantendrá la compensación baja (aproximadamente 2.5 mV en la entrada y 50 mV en la salida).
Para resistencias de fuente dc menor de 10 k, podemos eliminar el exceso compensado, poniendo una resistencia de la entrada no usada a masa, igual al valor de la resistencia de la fuente dc. Desde luego todos los problemas de compensación son eliminados si es acoplada la entrada capacitivamente. Usando el LM386 con ganancias más altas (evitando la resistencia de 1.35 k interna entre pines 1 y 8) es necesario evitar la entrada no usada, previniendo la degradación de ganancia e inestabilidades posibles. Esto se hace con un condensador de 0,1 uF o un corto a masa según la resistencia de la fuente dc sobre la entrada manejada.
Esta bien, veamos algunos circuitos típicos:













En el circuito amplificador de la figura anterior, la ganancia es de 20, que es el valor mínimo que se consigue al dejar libres los terminales 1 y 8. Sin embargo si lo que queremos es una ganancia Av de 200, debemos conectar un condensador entre los mencionados terminales, como se aprecia en la siguiente figura.














En caso de necesitar una Av intermedia, por ejemplo 50, debemos conectar una resistencia en serie con el condensador, como se aprecia en la figura que sigue.















En estas páginas se ha usado este dispositivo como amplificador de salida de baja frecuencia en la aplicación etapa final del estetoscopio electrónico, en esa ocasión se probó con una ganancia de 200 y luego se bajo a 20, parece que en ese momento era suficiente. Existen muchas aplicaciones en distintos medios electrónicos para este dispositivo.


















Filtro activo pasa banda con Amplificador Operacional


Filtro activo pasa banda con Amplificador Operacional

Ancho de banda, factor de calidad Q, frecuencia central

Los filtros activos se diferencian de los filtros comunes, en que estos últimos son sólo combinación de resistencias, capacitores e inductores.
En un filtro común, la salida es de menor magnitud que la entrada.
En cambio los filtros activos se componen de resistores, capacitores y dispositivos activos como Amplificadores Operacionales o transistores.
En un filtro activo la salida puede ser de igual o de mayor magnitud que la entrada.









Filtro activo pasa banda con Amplificador Operacional
El filtro Pasa Banda tiene la siguiente curva de respuesta de frecuencia. Dejará pasar todas las tensiones de la señal de entrada que tengan frecuencias entre la frecuencia de corte inferior f1 y la de corte superior f2. Las tensiones fuera de este rango de frecuencias serán atenuadas y serán menores al 70.7 % de la tensión de entrada. La frecuencia central de este tipo de filtro se obtiene con la siguiente fórmula:
fo = 1 / [ 2πC x (R3R)1/2 ]
En un filtro común, la salida es de menor magnitud que la entrada.
En cambio los filtros activos se componen de resistores, capacitores y dispositivos activos como Amplificadores Operacionales o transistores.
En un filtro activo la salida puede ser de igual o de mayor magnitud que la entrada.













Curva de respuesta de un filtro pasa banda.
Si se seleccionan los capacitores y resistores de modo que:
C1 = C2 = C y R1 = R2 = R
El ancho de banda será: BW = f2 - f1 = 1.41 R / [ CR3(R3R)1/2 ]
El factor de calidad Q
 = fo / BW.
Las líneas discontinuas verticales sobre f1 y f2 y la línea horizontal del 70.7% representan la respuesta de un filtro pasa banda ideal.
Nota: F1 y f2 (frecuencias de corte) son puntos en la curva de transferencia en que salida ha caído 3 dB (decibeles) desde su valor máximo.

Comparador con Amplificador Operacional



Un Amplificador Operacional puede ser utilizado para determinar cuál de las dos señales en sus entradas es mayor. ( se utiliza como comparador). Basta con que una de estas señales sea ligeramente mayor para que cause que la salida del amplificador operacional sea máxima, ya sea positiva (+Vsat) o negativa (-Vsat).
Esto se debe a que el operacional se utiliza en lazo abierto (tiene ganancia máxima)


La ganancia real de un amplificador operacional es de 200,000 o más y la fórmula de la señal de salida es: Vout = AOL (V1 – V2)


Donde:
- Vout = tensión de salida
- AOL = ganancia de amplificador operacional en lazo abierto (200,000 o más)
- V1 y V2 = tensiones
 de entrada (las que se comparan)
Vout no puede exceder la tensión de saturación del amplificador operacional, sea esta saturación negativa o positiva. (normalmente este valor es unos 2 voltios menos que el valor de la fuente ( V+ ó V- ).











Del gráfico se ve que el valor de la entrada en V2 es mayor que la de V1 (que se utiliza como referencia y tiene un valor fijo), hasta que en un momento t1, V2 cambia y ahora es menor que V1.
Como V2 está conectado a la entrada no inversora del operacional, la salida (Vout) está en saturación positiva, hasta que llega a t1, en donde la salida ahora está en saturación negativa.
Comparador No inversor
En este comparador la tensión de referencia se aplica a la entrada inversora, y la señal a detectar será aplicada a la entrada no inversora. La tensión de referencia puede ser positiva o negativa
- Si la señal a detectar tenga una tensión superior a la tensión de referencia, la salida será una tensión igual a +Vsat (tensión de saturación positiva).
- Si la señal de entrada tiene una tensión inferior a la señal de referencia, la salida será igual a -Vsat (tensión de saturación negativa)
Comparador Inversor
En este comparador la tensión de referencia se aplica a la entrada no inversora, y la señal a detectar será aplicada a la entrada inversora. La tensión de referencia puede ser positiva o negativa
- Si la señal a detectar tenga una tensión superior a la tensión de referencia, la salida será una tensión igual a -Vsat (tensión de saturación negativa).
- Si la señal de entrada tiene una tensión inferior a la señal de referencia, la salida será igual a +Vsat (tensión de saturación positiva).

Amplificador Diferencial

Amplificador Diferencial

Los amplificadores Operacionales y otros circuitos analógicos, suelen basarse en:

1 - Los amplificadores diferenciales
2 - Etapas de ganancia implementados por amplificadores 
intermedios acoplados en corriente continua y...
3 - Una etapa de salida tipo push-pull
 (etapa clase B en contrafase)

Ver el siguiente gráfico, donde se muestra el diagrama de bloques conla configuración interna de un amplificador operacional.









Principio de funcionamiento del Amplificador diferencial




´

Analizar el gráfico:

El amplificador diferencial básico tiene 2 entradas V1 y V2.

Si la tension de V1 aumenta, la corriente del emisor del transistor Q1 aumenta (acordarse que IE = BxIB), causando una caida de tensión en Re.

Si la tensión de V2 se mantiene constante, la tensión entre base y emisor del transistor Q2 disminuye, reduciéndose también la corriente de emisor del mismo transistor.

Esto causa que la tensión de colector de Q2 (Vout+) aumente.

La entrada V1 es la entrada no inversora de un amplificador operacional

Del mismo modo cuando la tensión en V2 aumenta, también aumenta la la corriente de colector del transistor Q2, causando que la tensión de colector del mismo transistor disminuya. (Vout+) disminuye.

La entrada V2 es la entrada inversora del amplificador operacional

Si el valor de la resistencia RE fuera muy grande, obligaría a la suma de las corrientes de emisor de los transistores Q1 y Q2, a mantenerse constante, comportándose como una fuente de corriente

Entonces, al aumentar la corriente de colector de un transistor, disminuirá la corriente de colector del otro transistor.

Por eso cuando la tensión V1 crece, la tensión en V2 decrece.






Sumador Inversor


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:
I3 = I1 + I2
Calculamos I1:
V1 = I1 * R1
I1 = V1 / R1
Calculamos I2:
V2 = I2 * R1
I2 = V2 / R1
Igualando I3 = I1 + I2:
I3 = I1 + I2
I3 = V1/R1 + V2/R1
I3 = (V1+V2) / R1
Pero por otra parte podemos calcular tambien I3, como la corriente que pasa por R3 con una tensión de 0 - Vout = -Vout:
-Vout = I3 * R3
I3 = -Vout / R3
Sustituyendo este valor de I3 en la ecuación antes obtenida tenemos que:
-Vout / R3 = (V1+V2) / R1
Vout = -(R3/R1) * (V1+V2)
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.