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Voltaje de saturación - Amplificadores operacionales


Introducción

Conocer las limitantes que tiene el amplificador operacional nos ayudará a la hora de que trabajemos con circuitos de alta precisión. En este artículo les explicaremos que es el voltaje de saturación, y cómo podemos observar esto en la práctica.

Voltaje de saturación

Como aprendimos en la introducción a los Amp Op, la ganancia de voltaje para un amplificador idealmente es infinito (∞), sin embargo, sabemos que en la práctica esto es imposible. De ahí nace el voltaje de saturación, que nos indica cual es el máximo voltaje que nos podrá entregar el amplificador operacional. Dependiendo el amplificador que estemos utilizando, va a variar el voltaje máximo que nos puede entregar el circuito integrado.

Voltaje de saturación  - 1

Amplificador operacional LM741

Por ejemplo, utilizando el OpAmp LM741, uno de los más comunes, y revisando su hoja de datos, encontramos la siguiente información:

Voltaje de saturación  - 2

Como pueden notar, el voltaje máximo que soporta es 22V, sin embargo, estaríamos sometiendo al amplificador a su máxima capacidad, una práctica no sugerida pues degradas la vida útil del componente, por lo que el voltaje recomendado con el que nuestro amplificador puede estar energizado es ± 15 v. Por lo tanto, el voltaje de saturación, es decir, el voltaje máximo de salida que nos podría entregar debería ser ± 15 volts.


Sin embargo, si analizamos el circuito interno del integrado, notaremos que tiene una gran cantidad de transistores. Estos transistores consumen una cantidad de voltaje, entre el 10 – 20% del voltaje de alimentación, por lo que en la vida real, podríamos obtener máximo solo un 80 – 90 % del voltaje de entrada. Es decir, si alimentamos nuestro amplificador LM741 con el voltaje recomendado, 15 volts, obtendremos aproximadamente de 12 a 13.5 volts de salida máximo, aunque en ocasiones podría darnos un poco más, sin embargo, nunca llegará a 15 volts.

Voltaje de saturación  - 3

Diagrama interno del AmpOp LM741

Practica

En esta práctica aprendemos a medir el voltaje de saturación positivo y negativo, es decir, cuanto es lo máximo que se nos podrá entregar en la salida del amplificador LM741.


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Circuito

Para calcular el voltaje de saturación positivo y negativo en el amplificador, realizamos el siguiente circuito:

Voltaje de saturación  - 4

Circuito a realizar


Voltaje de saturación  - 5

Diagrama de apoyo del LM741

Y procedemos a medir la salida del amplificador con las siguientes polarizaciones:

a) VCC= 15v          VEE= -10v
b) VCC= 10v          VEE= -15v
c) VCC= 15v          VEE= -15v

Realizamos el mismo procedimiento pero ahora con la fuente de voltaje de 1 volt en la entrada inversora.

Resultados

Estos resultados se obtuvieron con la fuente de corriente alterna (1 volt) conectada a la entrada no inversora:

a) VCC= 15v          VEE= -10v

Voltaje de saturación  - 6

b) VCC= 10v          VEE= -15v

Voltaje de saturación  - 7

c) VCC= 15v          VEE= -15v

Voltaje de saturación  - 8

Estos resultados se obtuvieron con la fuente de corriente alterna conectada a la entrada inversora:

a) VCC= 15v          VEE= -10v

Voltaje de saturación  - 9

b) VCC= 10v          VEE= -15v

Voltaje de saturación  - 10

c) VCC= 15v          VEE= -15v

Voltaje de saturación  - 11

Conclusiones

Antes de armar un circuito con un OpAmp, es necesario conocer a detalle cual será la capacidad máxima que este tendrá. En este artículo analizamos el concepto del voltaje de saturación, calculando cual será este idealmente, además realizamos una práctica para observar cual será ese voltaje en la vida real, y no solo de manera calculada, notando que el voltaje máximo entregado por el circuito integrado nunca será igual a la fuente que energiza al amplificador.






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