UC3M _Universidad Carlos III de Madrid_ _ Grado en Ingeniería Mecanica _ electronica _ S7 FIE_Amp

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Grado 1
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Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Fundamentos de Ingeniería Electrónica
Sesión 7: 
Amplificadores 
(Ejercicios con operacionales)
Grado 2
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Fundamentos de Ingeniería Electrónica.
Sesión 7. 
Amplificadores. Ejercicios con operacionales.
• Problema 4: Conversor Digital-Analógico (D/A)
• Problema 5: promediador (para casa)
• Problema 6: promediador con peso (para casa)
• Problema 7: amplificador sumador-restador (para casa)
• Problema 8: acoplo de impedancias (para casa)
• Problema 9: amplificando la señal de un fotodiodo (cara a laboratorio)
• Problema 10: otra forma de hacerlo (amplificador de transimpedancia)
• Problema 11: un problema de examen para ver el nivel que pedimos.
• Problema 12: otro (para casa)
Grado 3
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Problema 4: Sumador - Conversor Digital / Analógico(D/A)
AO como sumador escalador 
con realimentación negativa
Para el circuito de la figura, se pide:
a) Encontrar los valores de vo para cada entrada de la tabla, y representar 
en función del tiempo.
b) ¿Qué función realiza el amplificador sumador escalador basado en AO? 
Observe el escalado de las resistencias R1, R2, R3 y R4.
Tiempo (ms) v4 v3 v2 v1 vo
0 a 1 0 0 0 0
1 a 2 0 0 0 5
2 a 3 0 0 5 0
3 a 4 0 0 5 5
4 a 5 0 5 0 0
5 a 6 0 5 0 5
6 a 7 0 5 5 0
7 a 8 0 5 5 5
8 a 9 5 0 0 0
9 a 10 5 0 0 5
10 a 11 5 0 5 0
11 a 12 5 0 5 5
12 a 13 5 5 0 0
13 a 14 5 5 0 5
14 a 15 5 5 5 0
15 a 16 5 5 5 5
+
3
-
2
V+
4
V
-
1
1
OUT
1
U1A
LM324 Vee
Vcc
R4
5k
R3
10k
R2
20k
R1
40k
RF
10k
v o
gnd
v 4
v 3
v 2
v 1
Grado 4
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v4
v3
v2
v1
1 t(ms)2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
0V
5V
0V
5V
0V
0V
5V
5V
𝑣𝑂 = −𝑅𝐹 ∙
𝑣1
𝑅1
+
𝑣2
𝑅2
+
𝑣3
𝑅3
+
𝑣4
𝑅4
Solución:
Problema 4: Sumador - Conversor Digital / Analógico(D/A)
Grado 5
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t (ms) v4 v3 v2 v1 vo 
0 a 1 0 0 0 0   Vvo 0000010  
1 a 2 0 0 0 5   Vvo 25.1125.000010  
2 a 3 0 0 5 0   Vvo 5.2025.00010  
3 a 4 0 0 5 5   Vvo 75.3125.025.00010  
4 a 5 0 5 0 0   Vvo 5005.0010  
5 a 6 0 5 0 5   Vvo 25.6125.005.0010  
6 a 7 0 5 5 0   Vvo 5.7025.05.0010  
7 a 8 0 5 5 5   Vvo 75.8125.025.05.0010  
8 a 9 5 0 0 0   Vvo 10000110  
9 a 10 5 0 0 5   Vvo 25.11125.000110  
10 a 11 5 0 5 0   Vvo 5.12025.00110  
11 a 12 5 0 5 5   Vvo 75.13125.025.00110  
12 a 13 5 5 0 0   Vvo 15005.0110  
13 a 14 5 5 0 5   Vvo 25.16125.005.0110  
14 a 15 5 5 5 0   Vvo 5.17025.05.0110  
15 a 16 5 5 5 5   Vvo 75.18125.025.05.0110  
 
Solución:
Problema 4: Sumador - Conversor Digital / Analógico(D/A)
Grado 6
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v0 (V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
-1.25
0
-2.50
-3.75
-5.00
-6.25
-7.50
-8.75
-10.00
-11.25
-12.50
-13.75
-15.00
-16.25
-17.50
-18.75
-12V
Solución:
Problema 4: Sumador - Conversor Digital / Analógico(D/A)
Grado 7
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Demostrar esta 
expresión de la salida 
en función de las 
entradas.
Se parece mucho al 
anterior.
v1
v2
v3
vO
+
_
Problema 5: Promediador (para casa)
𝑣0 = −
𝑣1 + 𝑣2 + 𝑣3
3
Grado 8
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6. Promediador (para trabajar en casa)
Promedio con peso…
v1
v2
v3
+
_
vO
Problema 6: Promediador con peso (para trabajar en casa)
Grado 9
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+
_
vO
v1
v2
v3
v4
Encontrar la salida en 
función de las cuatro 
entradas.
Problema 7: Amplificador sumador-restador (para casa)
Grado 10
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Problema 8: Acoplo de impedancias
Se desea conectar en cascada 4 etapas amplificadoras y comprobar 
el efecto posible del acoplo entre ellas. ¿Se pueden conectar 
indistintamente las 4 etapas? Calcule para comprobarlo las 
ganancias y las impedancias de entrada y salida de cada amplificador 
basado en AO de la figura. 
R1
R2
R3
R1
R1 R1
R2
R2R2
R3
R3
vi vi
vivi
Grado 11
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Nota de aplicación Maxim Integrated:
High-Speed Op Amp Enables Infrared (IR) Proximity Sensing
https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4622
SIMPLIFIQUEMOS EL 
ANÁLISIS
R1
PD
VCC
-VCC
R3R2
vO
Aplicación para sensor de proximidad
Problema 9: Amplificando una señal de un fotodiodo (lab)
https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4622
Grado 12
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R1
PD
VCC
-VCC
R3R2
vO
IPD
aproximamos
ANÁLISIS
Problema 9: Amplificando una señal de un fotodiodo (lab)
Grado 13
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Pongamos unos números
El fotodetector BPW34 recibe una potencia óptica de 15μW. 
1. Calcular el valor de R3 para que la tensión Vo sea 3V.
2. ¿Cuál es la potencia máxima que puede recibir el fotodiodo para que el circuito 
funcione correctamente?
R1
PD
VCC
-VCC
R3R2
vO
Datos
±Vcc = ± 5V
R1 = 1kΩ
R2 = 1k Ω
Solución
1. R3 ≈ 299 kΩ
2. PPD = 25.5μW 
Problema 9: Amplificando una señal de un fotodiodo (lab)
Grado 14
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Opacímetro Sentry de Duran Electronics
http://www.duranelectronica.com/wp-content/uploads/2018/07/E-manopacimetro-v08.pdf
Opracímetro para controlar la visibilidad dentro de un túnel. 
LED alta 
potencia
Fotodiodo
Problema 10: Amplificando una señal de un fotodiodo (lab, 2)
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Grado 15
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Ejemplo para el circuito receptor
Notas de Aplicación AN1494 Microchips
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01494A.pdf
IRF
ANÁLISIS
Nodo -:
Nodo +:
IPD
VBIAS es negativa.
Si fuera positiva el fotodiodo no funcionaría.
Habría que darle la vuelta.
• En ese caso, ¿cómo sería VOUT?
• ¿Qué habría que hacer para que 
funcione el circuito entonces?
Problema 10: Amplificando una señal de un fotodiodo (lab, 2)
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01494A.pdf
Grado 16
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Se dispone del circuito amplificador de la Figura P1.a. A su salida se obtiene una señal de tensión, vO,
amplificada de la corriente inversa por el fotodiodo, iF. El fotodiodo a su vez es excitado por un LED. Se
ha modelado el fotodiodo como una fuente de corriente iF.
Problema 11: Un problema de examen del curso pasado
Grado 17
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Se pide que calcule, incluyendo todos los cálculos necesarios:
•La expresión de v1 en función de iF y del resto de componentes del circuito.
•La expresión de v+ del AO2 en función de v1, VCC y -VCC y del resto de 
componentes del circuito. Para la resolución de este apartado NO utilice el 
principio de superposición.
•La expresión de vO en función de iF, VCC y -VCC y del resto de componentes del 
circuito.
•Se sabe que el amplificador incluye un circuito de corrección de valor medio 
(offset) (Figura P1.a). Diseñe el valor de la resistencia R3 para que el valor medio 
de la tensión a la salida del amplificador sea 0V. Utilice como entrada la señal iF
representada en la Figura P1.b. Los valores de los componentes son: 
•Represente sobre la plantilla de la Figura P1.c la señal vO utilizando los valores de 
los componentes de d). Use para R3 = 30k, independientemente del valor 
obtenido en d).
VCC = 15V RB = 200k R1 = 1k R2 = 10k R4 = 2k R5 = 20k
Problema 11: Un problema de examen del curso pasado
Grado18
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Problema 11: Un problema de examen del curso pasado
Grado 19
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7. Probema de examenProblema 11: Un problema de examen del curso pasado
Grado 20
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Problema 11: Un problema de examen del curso pasado
Grado 21
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Problema 11: Un problema de examen del curso pasado
Grado 22
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Problema 11: Un problema de examen del curso pasado
Grado 23
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IHb
IHbO2 R1
Problema 12: Otro problema de examen (para casa)