Duda amplificadores operacionales

[Resurrectioncol]

En mi curso de electrónica acabamos de empezar a estudiar los amplificadores operacionales. Revisando el libro de circuitos microelectrónicos de Horenstein, encontré un ejercicio en el que se plantea un método para medir la ganancia en lazo abierto de un amplificador operacional.
El enunciado es el siguiente:
"Suponga que RA es mucho mayor que R1 y R2. Encuentre una expresión aproximada para vout/vin tratando la combinación del amplificador operacional, RA y RB como un amplificador operacional con una ganancia en lazo abierto reducido por el factor RB/(RA+RB)".
El circuito es el siguiente:

La parte que puse en negrita es la que me confunde, es decir, ¿a qué se refiere el autor con esta frase? Agradezco al que pueda aclarame esto, hago énfasis en que no busco que me resuelvan el problema sino una ayuda para poder entenderlo y resolverlo por mi cuenta.

 

[Eduardo]

A que tenés que calcular la ganancia como si tuvieras solamente R1,R2 y un AO ficticio de ganancia finita Ax.
Donde Ax = Ao*Rb/(Ra+Rb) ; Ao ganancia a lazo abierto.

 

[seaarg]

buenas!,

Adjunto lo que estoy usando como circuito de prueba.

El AO es LM324
R4 = R2 = 100K
R1 = R3 = 1K

Conectado a V1 y a V2 estan los dos terminales de un shunt cuya caida es de 33mV cuando hay un consumo aprox de 4A

Alimentacion de operacional: 5v, alimentacion de carga: 12V (tambien probe alimentar ambos a 12v desde distintas fuentes con masa comun)

Esta aplicacion es para detectar cuando se desconecta / conecta una carga (lampara), el shunt es el fusible de la misma y esta puesto en el cable positivo.

Tension con respecto a masa para los casos:
a)- Lampara desconectada: V1 = 12v, V2 = 12v. Diferencial en shunt: 0v
b)- Lampara conectada: V1 = 12v, V2 = 11.967v. Diferencial en shunt: 33mV

En simulacion, obtengo, para estos valores: 0.2v a la salida del operacional cuando la carga esta desconectada, y 3.5v cuando la carga esta conectada (como si funcionara bien la deteccion!!)

Pero en la realidad, obtengo 5v (o cerca de 12v si alimento AO con 12v) sea cual fuere el caso, exceptuando si desconecto directamente el positivo que va hacia la carga, donde ahi obtengo unos 100mV a la salida del AO. (Pero en mi aplicacion, el positivo de la carga estaria permanentemente conectado, la carga se conecta / desconecta a traves del negativo)

¿alguna idea de que puedo estar haciendo mal? ¿El operacional elegido funciona con diferencias de potencial tan chicas? (no se como averiguarlo en el datasheet)

 

[cosmefulanito04]

Para esos niveles de tensión, vas a tener que usar un amplificador instrumental ya que la tensión de offset influye.

De todas formas tal vez podrías buscar otras soluciones, como por ej. un opto que se banque esos 4A (es mucha corriente para el led, pero quien te dice, tal vez se consigue algún modelo), incluso hace poco ví un tema en el foro en la sección de uC, que había Shunts usando optos que te tiraban el valor de la corriente que circulaba (no recuerdo el tema).

 

[Gudino Roberto duberlin]

Amigo, debes preveer en caso de que la resistencia SHUNT, se abra. El circuito dara salida correcta cuando no!.

 

[seaarg]

@cosme,

Pense en usar un rele, pero la bobina del mismo presentaria mucha resistencia y bajaria notablemente la intensidad de la lampara. Opto con led de 4A??? no se si sera encontrable algo asi.

Por otro lado, tenes idea si el mismo LM324 se puede usar como instrumental (en la config de 3 AO)?

@gudino: Si el fusible que hace de shunt se abre, tambien es una condicion detectable. En ese caso, la diferencia de potencial seria 12v con lo cual el AO pondria su salida al maximo en teoria.

 

[cosmefulanito04]

Este tema te puede servir:

https://www.forosdeelectronica.com/f24/medir-corriente-microcontrolador-atmel-pic-83849/

Pero tené en cuenta que ese componente esta pensado para medir corrientes.... tal vez (habría que ver el precio de esos componentes) se podría implementar algo más sencillo que simplemente te diga si hay o no corriente.

 

[Gudino Roberto duberlin]

@cosme,

Pense en usar un rele, pero la bobina del mismo presentaria mucha resistencia y bajaria notablemente la intensidad de la lampara. Opto con led de 4A??? no se si sera encontrable algo asi.

Por otro lado, tenes idea si el mismo LM324 se puede usar como instrumental (en la config de 3 AO)?

@gudino: Si el fusible que hace de shunt se abre, tambien es una condicion detectable. En ese caso, la diferencia de potencial seria 12v con lo cual el AO pondria su salida al maximo en teoria.

Estamos de acuerdo con lo que comentas, peero, adonde apunta mi detalle es a: NO podras saber cuando la carga este funcionando, y cuando el shunt este abierto, ya que ambos tendran el mismo estado logico.
A menos que esa condicion detectable este en otra parte del circuito.

 

[cosmefulanito04]

No pude editar, esto es lo que quise comentar previamente:

Algo mucho más básico sería jugar con transistores, usando una resistencia de shunt que sirva para polarizar la juntura base/emisor. Algo así:

Es decir, ese circuito solo serviría para generar un nivel lógico (en este caso usé un led como indicador) en función de si la carga está o no conectada y si está funcionando a plena carga (osea a 4A).

Eso si, la potencia sobre la R de shunt deberá ser de por lo menos 5w.

 

[seaarg]

@gudino, tenes razon. Estoy determinando la manera de discriminar switch de lampara encendido / apagado para complementar la medicion.

@cosme: Esa seria la solucion optima que haria, si no fuera porque el requerimiento es no modificar la instalacion: el shunt no puede estar sobre el negativo, sino sobre el positivo: El shunt en si es el fusible de la lampara.

Estaba haciendo unas pruebitas usando, en vez de un AO, simplemente unos arreglos de resistencias como divisores de tension, ya no tomando obviamente de los 33mV sino usando la lampara como una resistencia muy baja a masa. Si esta se desconecta, quedan reconfigurados los divisores de tension. Voy a desarrollarlo un poquito y me explicare mejor.

Eso si, si alguien sabe como puedo trabajar con estos 33mV sin modificar la instalacion (vuelvo a AO diferencial) avise!!

Esto me gusto para probar: https://www.forosdeelectronica.com/f24/duda-resistencia-shunt-47011/#post400619

No me seria inconveniente fabricar VCC y VEE, aunque no se si en escencia no es lo mismo que hice yo.

 

[cosmefulanito04]

...@cosme: Esa seria la solucion optima que haria, si no fuera porque el requerimiento es no modificar la instalacion: el shunt no puede estar sobre el negativo, sino sobre el positivo: El shunt en si es el fusible de la lampara.
...

Usá un PNP y que todo te quede contra Vcc, es decir el mismo circuito:

Eso si, con el fusible solo no haces nada, vas a tener que agregar si o si una resistencia.

 

[Gudino Roberto duberlin]

Hola Amigo seaarg, bien comprendo lo que planteas, respecto al comentario que haces sobre utilizar una pequeña lampara como resistencia shunt, recuerda la variacion ohmica que presenta la misma, durante el encendido. Si bien esta NO seria tan abrupta, pero aun asi puede ocasionarte problemas.
PD:/ Es decir las lamparas poseen un coeficiente negativo de temperatura.

 

[seaarg]

Claro, para llegar a 0.6 es necesaria la resistencia si o si, pero esto ya va en contra del requerimiento de diseño que es no modificar nada. Aunque no parezca, con una R que haga caer 0.6v se nota como se viene abajo la luz de la lampara.

Con divisores logre detectar carga desconectada / conectada, SIEMPRE Y CUANDO el interruptor que le da positivo a la carga este apagado. Al estar prendido claro, ya tengo casi 12v en el extremo de la carga y ya queda indetectable la conexion / desconexion de la carga.

@gudino: El shunt seria el fusible, no la lampara.

 

[cosmefulanito04]

Claro, para llegar a 0.6 es necesaria la resistencia si o si, pero esto ya va en contra del requerimiento de diseño que es no modificar nada. Aunque no parezca, con una R que haga caer 0.6v se nota como se viene abajo la luz de la lampara.....

Ok, entonces ni siquiera podés agregar un shunt, por lo tanto esto:

Esto me gusto para probar: https://www.forosdeelectronica.com/f24/duda-resistencia-shunt-47011/#post400619

Tampoco te sirve, ya que requiere de un shunt de 0,1 ohm.

Entonces volviendo al shunt con fusible que solo genera 30mV a 4A, entonces por no poder modificar en nada la instalación, ahí si te recomiendo que pruebes con un instrumental, usa 3 operacionales del lm324 y hace esto:

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_de_instrumentación

Tené en cuena bien la polarización de los amplificadores, ya que para alimentarlos necesitas 1,5v para arriba (Vee+1,5v) o para abajo de la fuente (Vcc-1,5v).

 

[seaarg]

Estoy haciendo esta prueba que adjunto, cambiando un poco el enfoque de como resolver el problema.

Uso en vez de un operacional, un comparador LM339

Otra vez, en simulacion funciona barbaro, pero tengo que ver si en la realidad haria lo mismo

Lo que no se como hacer, es como encontrar en el datasheet (bajo que nombre de parametro o algo asi) que valor minimo de mV de diferencia entre inversora y no-inversora hace que el comparador cambie su salida.

PD: Disculpas por lo desprolijo de esta captura de pantalla, en proteus voy tirando componentes asi que las conexiones cruzan para todos lados.

 

[cosmefulanito04]

Mirá lo único que te puedo decir es que ese modelo tiene 5mV de offset, osea sin meter nada a la entrada, ya estarías midiendo como máximo una diferencia de 5mV.

De última nos perdés nada con probarlo a ver que pasa.

Otra, fijate si podés conseguirte un OP07, es barato y tiene poco offset (75uV como mínimo) y podrías implementar un circuito como el del post que mencionaste.

 

[123Gs]

Buenas con todos tengo una duda en los cálculos que he realizado, he diseñado un atenuador resistivo al cual le añadí un circuito de protección con diodos que en teoría tendría un voltaje de salida de 2.8 Vpp.

Deseo saber si los cálculos que adjunto están bien para el hallar de la corriente de consumo de los diodos y la potencia de la resistencia de 10k, ya que tome como referencia 220Vrms de tensión ingresados en el peor de los casos a la escala x10.

 

[miguelus]

Buenos días 123Gs

Sin entrar a repasar tus cálculos (Que seguro que están bien) te planteo la siguiente cuestión...

Si pones las Resistencias de un valor 100 veces mayor todo funcionará mejor y tendrás menos disipación de potencia.
Para esta aplicación, intenta buscar otro operacional mejor que el 741 p.e. el TL081.
El TL081 tiene entrada a J–FET lo cual sería ideal para este tipo de aplicación, además es muy barato.

Sal U2

 

[123Gs]

Buenos días 123Gs

Sin entrar a repasar tus cálculos (Que seguro que están bien) te planteo la siguiente cuestión...

Si pones las Resistencias de un valor 100 veces mayor todo funcionará mejor y tendrás menos disipación de potencia.
Para esta aplicación, intenta buscar otro operacional mejor que el 741 p.e. el TL081.
El TL081 tiene entrada a J–FET lo cual sería ideal para este tipo de aplicación, además es muy barato.

Sal U2

La verdad el operacional que estoy usando es el TL082 puse el 741 solo para completar el diagrama, he realizado varias pruebas y con resistencia de mayor valor pues al ingresarle por decir valores pequeños de voltajes de señal esta al ser atenuada me la reproduce con mucho ruido es por eso que deje esos valores de resistencia mi duda es si esta bien el cálculo porque estoy haciendo las operaciones con valores rms o lo que estoy haciendo es erroneo.

 

[achop]

Hola! Actualmente estoy realizando el siguiente proyecto: se trata de un AO como sumador no inversor que suma un offset de 2.5V a una señal de un sensor ± 2.5V para así poder leer la señal +5-0V con un Arduino (lleva un ADC unipolar).
La duda que tengo es relacionada con la alimentación del AO, ya que en principio quiero usar un LM741 con una alimentación asimétrica +12V - GND (recuerdo que la señal de salida siempre sera positiva), seria posible realizarlo con esta alimentacion? O debería usar un LM358?

Muchas gracias.