OpAmp Derivador

De

  ¿Qué es?

Un amplificador operacional conectado en configuración de derivador consta de una fuente en serie con un capacitor a la entrada inversora y del uso de una resistencia en retroalimentación negativa  la entrada no inversora va a conectada a tierra. Esta configuración es usada para transformar rampas a impulsos. Es importante recordar que es configuración NO FUNCIONA CON CORRIENTE DIRECTA, pues el capacitor se comporta como circuito abierto, y por supuesto la derivada de una constante es igual a 0. Observemos el esquemático:

¿Qué obtenemos?

  • La señal de salida obtenida es la señal de entrada derivada.
    • Una señal en forma de rampa, es una cantidad que se puede describir como un constante multiplica por t (5t, por ejemplo), por lo que cuando derivemos ese valor, se elimina la variable y nos quedamos con la constante, pasando así de una rampa a un pulso.
¿Cómo analizamos el circuito?

Se considera un OpAmp ideal por lo tanto:
  • El voltaje en la entrada no inversora es igual al voltaje en la entrada inversora (V+=V-)
  • La corriente a la entrada del OpAmp es despreciable (ie≅0)
Recordando esto, dibujamos las corrientes en nuestro circuito para realizar análisis de nodos :

Si la corriente que entra al OpAmp es despreciable o igual a 0, quiere decir que la corriente que pasa por C1 va a ser idéntica a la que pasa por R:



Ahora bien, la entrada no inversora está conectada a tierra, lo que nos indica que de acuerdo a la segunda condición de los OpAmp ideales, el voltaje en la entrada inversora también equivale a 0, por lo que podemos sustituir este termino de la ecuación anterior.
Despejando para Vout obtenemos: 
Observamos que el término de Vout es negativo, lo que implica que la señal se invertirá, la relación de C*R representa la ganancia (Av), es decir la medida con la que se amplificará la entrada.

¿Cómo se ve esto en una simulación?

Si tomamos de ejemplo el esquemático con el que hicimos el análisis, se introduce una señal rampa de 5V con período de 10s con tiempo de rampa de 5s

En la gráfica notamos como la señal de entrada (azul) marca una rampa, mientras que la señal de salida (morada) nos muestra un pulso, vemos que mientras la rampa es positiva el escalón está constante en la parte negativa, mientras que cuando la rampa decrece, el pulso se mantiene constante en un valor positivo.

Observamos en el escalón un poco de ruido, estos son llamados armónicos y son muy comunes en este tipo de circuitos, más adelante se abarcará como filtrar este tipo de ruido. 


Nota: Para visualizar mejor las simulaciones entra a los links que se muestran a la izquierda en el apartado "Simulaciones" :)

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