Amplificadores Operacionales
Amplificadores Operacionales
Amplificadores Operacionales
UNIDAD 2
13/04/2018
1. Definición, diagrama y señales de entrada y
salida
Un amplificador operacional, a menudo
conocido op-amp por sus siglas en inglés
(operational amplifier) es un dispositivo amplificador
electrónico de alta ganancia acoplado en corriente
continua que tiene dos entradas y una salida. En
esta configuración, la salida del dispositivo es,
generalmente, de cientos de miles de veces mayor
que la diferencia de potencial entre sus entradas.
Lazo Abierto:
Si no existe realimentación, la salida del AO será la resta de sus 2 entradas
multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100000 (que se
considera infinito en cálculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia
entre las 2 tensiones es de 1mV la salida debería de ser 100V. Debido a la
limitación que supone no poder entregar más tensión de la que hay en la
alimentación, el AO estará saturado si se da este caso. Si la tensión más alta es la
aplicada a la Terminal positiva la salida será la que corresponde a la alimentación
Vs+, mientras que si la tensión más alta es la de la Terminal negativa la salida
será la alimentación Vs-
Lazo Cerrado:
Se conoce como lazo a la retroalimentación en un circuito. Aquí se supondrá
realimentación negativa. Para conocer el funcionamiento de esta configuración se
parte de las tensiones en las 2 entradas exactamente iguales, se supone que la
tensión en la Terminal positiva sube y por lo tanto la tensión en la salida también
se eleva. Como existe la realimentación entre la salida y la Terminal negativa, la
tensión en esta Terminal también se eleva, por tanto la diferencia entre las 2
entradas se reduce, disminuyéndose también la salida este proceso pronto se
estabiliza y se tiene que la salida es la necesaria para mantener las 2 entradas,
idealmente con el mismo valor.
Siempre que hay realimentación negativa se aplican estas 2 aproximaciones para
analizar el circuito:
V+ = V-
I+ = I- = 0
La ganancia del amplificador en lazo abierto está dada por la siguiente fórmula:
AV = Vs / Ve
Donde:
AV = ganancia de tensión
Vs = tensión de salida
Ve = tensión de entrada
En un amplificador operacional ideal, esta ganancia es infinita. Sin embargo,
cuando el operacional es real, su ganancia está entre 20,000 y 200,000 (en el
amplificador operacional 741C). Este tipo de configuración se utiliza en
comparadores, donde lo que se desea es, saber cual de las dos entradas tiene
mayor tensión, de ahí su nombre, amplificador diferencial. La señal de salida Vs
del amplificador diferencial ideal debería ser:
Vs = Av (V1 – V2).
Amplificador no inversor
En este circuito, la tensión Vi se aplica a la entrada (+), y una fracción de la señal
de salida, Vo, se aplica a la entrada (-) a través del divisor de tensión R1 – R2.
Puesto que, no fluye corriente de entrada en ningún terminal de entrada, y ya que
Vd = 0, la tensión en R1 será igual a Vi.
Amplificador diferencial.
Una tercera configuración del AO conocida como el amplificador diferencial, es
una combinación de las dos configuraciones anteriores. Aunque está basado en
los otros dos circuitos, el amplificador diferencial tiene características únicas. Este
circuito, tiene aplicadas señales en ambos terminales de entrada, y utiliza la
amplificación diferencial natural del amplificador operacional.
Sumador inversor
Utilizando la característica de tierra virtual en el nudo suma (-) del amplificador
inversor, se obtiene una útil modificación, el sumador inversor
En este circuito, como en el amplificador inversor, la tensión V(+) está conectada a
masa, por lo que la tensión V(-) estará a una masa virtual, y como la impedancia
de entrada es infinita toda la corriente I1 circulará a través de RF y la llamaremos
I2. Lo que ocurre en este caso es que la corriente I1 es la suma algebraica de las
corrientes proporcionadas por V1, V2 y V3.
El integrador
Se ha visto que ambas configuraciones básicas del AO actúan para mantener
constantemente la corriente de realimentación, IF igual a IIN.
Una modificación del amplificador inversor, el integrador, se aprovecha de esta
característica. Se aplica una tensión de entrada VIN, a RG, lo que da lugar a una
corriente IIN.
El diferenciador
Una segunda modificación del amplificador inversor, que también aprovecha la
corriente en un condensador es el diferenciador.
En este circuito, la posición de R y C están al revés que en el integrador, estando
el elemento capacitativo en la red de entrada. Luego la corriente de entrada
obtenida es proporcional a la tasa de variación de la tensión de entrada:
El seguidor de tensión
Una modificación especial del amplificador no inversor es la etapa de ganancia.
En este circuito, la resistencia de entrada se ha incrementado hasta infinito, y RF
es cero, y la realimentación es del 100%. V0 es entonces exactamente igual a Vi,
dado que Es = 0. El circuito se conoce como “seguidor de emisor” puesto que la
salida es una réplica en fase con ganancia unidad de la tensión de entrada. La
impedancia de entrada de esta etapa es también infinita.
4. El OP-AMP 741, características
Entre las características más importantes que posee este circuito integrado, se
pueden destacar: