Fuente simple y rail-to-rail

01 · Punto de partida

Batería de 5 V, señales de ±1 V

Con USB o una LiPo no hay −5 V: el cero de tu señal debe flotar en Vcc/2 (2,5 V). Todo lo aprendido vale igual, pero la ventana se achica: con LM358 a 5 V solo caben señales entre 0,5 y 3,5 V. Este tema achica el mundo y lo hace habitable.

• ¿Cómo se fabrica un “cero” en 2,5 V?
• ¿Qué ventana útil deja cada op-amp?
• ¿Cuándo alcanza el LM358 y cuándo no?
• ¿Qué significa rail-to-rail de verdad?

02 · Cero en Vcc/2

Divisor + seguidor

Dos R de 10k entre 5 V y masa dan 2,5 V con Rth = 5k; un seguidor (Tema 16) lo convierte en referencia firme de baja impedancia. Consume 5 V/20k = 0,25 mA fijos: barato. Sin buffer, cada etapa que toma de Vref lo mueve: el “cero” camina con la señal.

03 · Ventana útil

Lo que cabe de verdad

Regla: señal centrada en Vref con pico menor que el margen menor (con LM358 a 5 V: min(2,0, 1,0) = 1,0 V). El laboratorio la dibuja.

04 · Elegir chip

Cuándo pagar de más

LM358 alcanza

Señales centradas chicas (mV–1 V), dc lenta, precio mínimo. El caballo de batalla de este curso.

Rail-to-rail (MCP6002 y familia)

Cuando la ventana manda: 0–5 V de sensores, baterías bajas, ADC que comen riel a riel. Cuesta más, consume menos.

Ojo: R2R de salida ≠ de entrada

Baratos “R2R output” no llegan con la entrada a los rieles: leer ambas líneas de la hoja, no solo el título.

Carga pesada achica todo

El swing se degrada con carga: diseñar con la RL real, no con la hoja en vacío.

05 · Ventana en código

Cabe o recorta

Chequeo de excursión centrada en Vref contra la ventana de cada chip.

def ventana(vcc=5.0, r2r=False):
    if r2r:
        return 0.05, vcc - 0.05
    return 0.5, vcc - 1.5


def cabe(vref, vpico, vcc=5.0, r2r=False):
    lo, hi = ventana(vcc, r2r)
    ok = (vref - vpico >= lo) and (vref + vpico <= hi)
    print(f"{'R2R' if r2r else 'LM358'} {vcc}V [{lo:.2f}-{hi:.2f}]: "
          f"{vref-vpico:.2f}..{vref+vpico:.2f} -> {'CABE' if ok else 'RECORTA'}")
    return ok


cabe(2.5, 1.0)
cabe(2.5, 1.0, r2r=True)
cabe(1.65, 0.4, vcc=3.3)

2,5±1,0 con LM358 toca justo 3,5. Con R2R sobra. A 3,3 V el LM358 deja 1,3 V: ¿qué pico máximo centra en 1,65?

Referencia Vcc/2

def vref_divisor(vcc=5.0, r_k=10.0):
    vref = vcc / 2
    ith_ma = vcc / (2 * r_k)
    print(f"Vref={vref:.2f}V Rth={r_k/2:.1f}k consumo={ith_ma:.2f}mA (mas seguidor)")
    return vref


vref_divisor()
vref_divisor(vcc=3.3, r_k=100.0)

06 · Analogía programador

Viewport chico

1. 1
   Vref = offset de scroll.

   Todo el contenido se dibuja relativo a 2,5 V: salir del viewport recorta la señal.

2. 2
   R2R = pantalla completa.

   Más área útil por la misma ventana: se paga cuando el contenido no entra.

3. 3
   Buffer = caché.

   La referencia se sirve desde el seguidor, no del divisor: el original no se entera del consumo.

07 · Exploración

Laboratorio: la ventana manda

Señal centrada en Vcc/2 con ganancia G. Elegí Vcc, chip, Vp y G: el laboratorio dibuja ventana y excursión.

Preguntas para explorar

1. Subí Vp a 1,0 V con LM358 a 5 V. ¿Qué lado recorta? ¿Margen?
2. Cambiá a rail-to-rail con Vp 2,0 V. ¿Cabe? ¿Y con LM358?
3. A 3,3 V con LM358: ¿pico máximo centrado? ¿Qué chip elegirías para 0–3 V?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de ventana

Ejercicio 1: micrófono a 5 V

Mic de 100 mV pico, Vref 2,5 V, LM358. ¿G máxima sin recorte? Elegí E12 y verificá con cabe().

Ejercicio 2: sensor 0–3 V con 3,3 V

Sensor riel a riel 0–3 V alimentado a 3,3 V. ¿LM358 directo? ¿Solución mínima?

Ejercicio 3: medí tu ventana

Seguidor a 5 V, barré Vin 0–5 V con pote y medí Vout. ¿Dónde se despega de la diagonal? Compará con 0,5/3,5.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Mundo 5 V habitable. Ahora a filtrar: en el próximo tema, filtros RC.