Amplificadores Operacionales: Características y Configuraciones Clave

Amplificadores Operacionales

• Amplificadores Operacionales
  • Son dispositivos lineales en circuito integrado con alta ganancia que puede llegar a presentar cambio en la señal de fase (existencia de un desfase de 180º entre la entrada y la salida).
  • Tiene numerosas aplicaciones:
  • La introducción de una señal en la entrada inversora provoca en la salida un desfase de 180º.
  • El amplificador operacional provoca una salida que es directamente proporcional a la diferencia de las tensiones de entrada. Los amplificadores operacionales tratan de tener las características de un amplificador ideal, estas son las siguientes:
  • Amplificador Ideal
    • Ganancia de tensión diferencial lazo abierto = ∞ (infinito).
    • Impedancia de entrada = ∞ (infinito).
    • Ganancia de salida = cero 0Ω.
    • Ancho de banda = ∞ (infinito).
    • Ganancia de corriente = ∞ (infinito).
  • Amplificador Real
    • Ganancia de tensión diferencial lazo abierto = 10³-10⁶.
    • Impedancia de entrada = Variable.
    • Ganancia de salida = Variable.
    • Ancho de banda = 1Hz-1MHz.
    • Ganancia de corriente = Variable.
  • Concepto de Tierra Virtual
  • Al ser v₁ muy bajo, este valor se puede considerar que está suficientemente próximo a ‘0’ para considerar los siguientes conceptos:
    • v₂ está a ‘0’ (tierra real).
    • v₁ es muy próximo a ‘0’ (tierra virtual).

• • Amplificador Inversor
    • La determinación de la ganancia de tensión en bucle cerrado se realizará teniendo en cuenta la restricción del cortocircuito virtual (con realimentación negativa), las leyes de Kirchhoff y teniendo en cuenta que las corrientes en las entradas son nulas.
    • Suponiendo que en la entrada inversora está al mismo potencial que la entrada no inversora, la corriente proveniente del generador de señal que circula por R1 tendrá que continuar su camino por R2 hasta el terminal de salida.
  • Amplificador No Inversor
    • Se trata de un amplificador con Av > 0.
    • La ganancia viene dada por la relación entre las resistencias de realimentación.
    • La impedancia de entrada es teóricamente infinita, pues la corriente de entrada es cero.
    • Al ser la ganancia independiente de la carga, la tensión de salida es independiente de la carga; por tanto, la impedancia de salida es cero.
  • Amplificador Sumador Inversor
    • La salida es la inversa de la suma de las tensiones de entrada.
    • La entrada no inversora está a masa, por lo que al tener realimentación negativa la entrada inversora estará virtualmente a 0 voltios.
    • Desde cada una de las entradas circula una corriente hacia la entrada inversora, que no tiene otro camino de salida que dirigirse a la salida del amplificador a través de la resistencia de realimentación.
    • Aplicando la 1ª ley de Kirchhoff, y la ley de Ohm, se obtiene la tensión de salida en función de las de entrada.
  • Amplificador Diferencial
    • La tensión de salida es una constante multiplicada por la señal diferencial de entrada (v1-v2).
    • La ganancia para la señal de modo común es cero.
    • Para minimizar los efectos de la corriente de polarización, se deberían seleccionar R2=R4 y R1=R3.
  • Amplificador Derivador
    • Su salida es proporcional a la derivada en el tiempo de la tensión de entrada.
    • Su análisis es similar al del inversor, únicamente que la intensidad de entrada es la correspondiente al condensador teniendo en cuenta que la diferencia de tensión a la que está sometido es la de entrada menos la masa virtual.
  • Amplificador Integrador
    • Su tensión de salida es proporcional a la integral en el tiempo de la tensión de entrada.
    • Es útil en instrumentación, por ejemplo, un acelerómetro nos devuelve una señal proporcional a la aceleración de un objeto. Aplicada a un integrador, se obtiene la velocidad de dicho objeto. Volviendo a integrar se obtiene la posición.