Amplificadores operacionales

Amplificador Operacional Componente electrónico.

Amplificador Operacional. El Amplificador Operacional (Operational Amplifier o OA) en español A.O. fue el termino utilizado para nombrar una clase de amplificador, el mismo permitía realizar una serie de operaciones como suma, resta, integración y diferenciación, según la configuración básica en que se conecte dicho Amplificador operacional.

Estructura

El símbolo de un amplificador es el mostrado en la siguiente figura:

Simbología	Terminales
	· V+: entrada no inversor · V-: entrada inversora · VOUT: salida · VS+: alimentación positiva · VS-: alimentación negativa

Los terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT son VCC y VEE. Normalmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos por claridad.

Configuraciones básicas

Comparador

Esta es una aplicación sin la retroalimentación. Compara entre las dos entradas y saca una salida en función de qué entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lógicos

Seguidor

• Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la entrada.
• Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa)
• Como la tensión en las dos patillas de entradas es igual: V_out = V_in
• Z_in = 8

Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadísima, la de salida prácticamente nula, y puede ser útil, por ejemplo, para poder leer la tensión de un sensor con una intensidad muy pequeña que no afecte apenas a la medición. De hecho, es un circuito muy recomendado para realizar medidas de tensión lo más exactas posibles, pues al medir la tensión del sensor, la corriente pasa tanto por el sensor como por el voltímetro y la tensión a la entrada del voltímetro dependerá de la relación entre la resistencia del voltímetro y la resistencia del resto del conjunto formado por sensor, cableado y conexiones.

Por ejemplo, si la resistencia interna del voltímetro es R_e (entrada del amplificador), la resistencia de la línea de cableado es R_l y la resistencia interna del sensor es R_g, entonces la relación entre la tensión medida por el voltímetro (V_e) y la tensión generada por el sensor (V_g) será la correspondiente a este divisor de tensión:

Por ello, si la resistencia de entrada del amplificador es mucho mayor que la del resto del conjunto, la tensión a la entrada del amplificador será prácticamente la misma que la generada por el sensor y se podrá despreciar la caída de tensión en el sensor y el cableado.

Además, cuanto mayor sea la intensidad que circula por el sensor, mayor será el calentamiento del sensor y del resto del circuito por efecto Joule, lo cual puede afectar a la relación entre la tensión generada por el sensor y la magnitud medida.

Inversor

Se denomina inversor ya que la señal de salida es igual a la señal de entrada (en forma) pero con la fase invertida 180 grados.

• El análisis de este circuito es el siguiente:
  • V₊ = V_- = 0
  • Definiendo corrientes:

y de aquí se despeja

• Para el resto de circuitos el análisis es similar.
• Z_in = R_in

Por lo cual podemos controlar la impedancia de entrada mediante la elección de R_in.

Esta configuración es una de las más importantes, porque gracias a esta configuración, se puede elaborar otras configuraciones, como la configuración del derivador, integrador, sumador. En sistemas microelectrónicos se puede utilizar como buffer, poniendo 2 en cascada.

No inversor

Como observamos, el voltaje de entrada, ingresa por el pin positivo, pero como conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo, conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular, la relación que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeño divisor de tensión.

• Z_in = 8, lo cual nos supone una ventaja frente al amplificador inversor.

Sumador inversor

• La salida está invertida
• Para resistencias independientes R₁, R₂,... R_n

• La expresión se simplifica bastante si se usan resistencias del mismo valor
• Impedancias de entrada: Z_n = R_n

Restador Inversor

• Para resistencias independientes R₁,R₂,R₃,R₄:

• Igual que antes esta expresión puede simplificarse con resistencias iguales
• La impedancia diferencial entre dos entradas es Z_in = R₁ + R₂
• Cabe destacar que este tipo de configuración tiene una resistencia de entrada baja en comparación con otro tipo de restadores como por ejemplo el amplificador de instrumentación.

Integrador ideal

• Integra e invierte la señal (V_in y V_out son funciones dependientes del tiempo)

• • V_inicial es la tensión de salida en el origen de tiempos

Nota: El integrador no se usa en la práctica de forma discreta ya que cualquier señal pequeña de DC en la entrada puede ser acumulada en el condensador hasta saturarlo por completo; sin mencionar la característica de offset del mismo operacional, que también es acumulada. Este circuito se usa de forma combinada en sistemas retroalimentados que son modelos basados en variables de estado (valores que definen el estado actual del sistema) donde el integrador conserva una variable de estado en el voltaje de su condensador.

Derivador ideal

• Deriva e invierte la señal respecto al tiempo

• Este circuito también se usa como filtro

NOTA: Es un circuito que no se utiliza en la práctica porque no es estable. Esto se debe a que al amplificar más las señales de alta frecuencia se termina amplificando mucho el ruido.

Ver además

• Amplificador Operacional
• Amplificador de audio 90W
• Amplificador de audio 70Wx2 ecualizado
• Amplificador de audio 50 W
• Amplificador de 25w con pre y control de tonos
• Amplificador de 8W EN 12V
• El amplificador de radiofrecuencia en los receptores de amplitud modulada (AM)
• Amplificador de 100 W
• Amplificador de audio de 7 a 70 watts
• Amplificador de 25 W
• Amplificador de frecuencia intermedia en los receptores de radio de Amplitud Modulada (AM)
• Amplificador de audio de amplitud modulada
• Amplificador Atlanta 50w
• Amplificador clase A
• Amplificador diferencial
• Amplificador UHF
• Amplificadores
• Amplificador
• Limitador con amplificadores operacionales

Fuente

Millman , Jacob: Electronic Devices and Circuits. Habana, Cuba 1967.