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El Amplificador Operacional
El Amplificador Diferencial
El Amplificador DiferencialEste circuito posee dos entradas separadas y dos salidas separadas.
En base a esto, es posible tener 3 combinaciones diferentes de señales de entrada:
Terminal simple: es cuando se aplica una señal a una de las entradas y la otra se conecta a tierra. Gracias a la conexión de emisor común, a pesar de aplicarse la señal solo a una de las entradas, esta operará en ambos transistores, lo que da una salida en ambos colectores.
Terminal doble: es cuando se aplican dos señales de entrada de polaridad opuesta. La diferencia de las entradas ocasiona las salidas de ambos colectores debido a la diferencia de las señales aplicadas a las entradas.
Modo común: es cuando se aplica la misma señal a ambas entradas. La señal de entrada común resulta en señales opuestas en cada colector; estas señales se cancelan de forma que la señal de salida resultante es cero.
La principal característica de este amplificador es la ganancia muy alta que se obtiene cuando se aplican señales opuestas en las entradas en comparación con la ganancia tan pequeña para entradas comunes.
El Amplificador OperacionalEl OPAMP es una amplificador diferencial de muy alta
ganancia que posee una alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida. Por lo general se utiliza para producir cambios en la amplitud y polaridad de voltaje en circuitos. Un OPAMP contiene varias etapas de amplificador diferencial para obtener una ganancia de voltaje muy alta.
El OPAMP se introdujo por primera vez en los años 40 para
su uso en computadores analógicos, y ahora encuentra una extensa aplicación en el diseño de circuitos como resultado de los avances hechos en la tecnología de los circuitos integrados. Agregando otros elementos a los terminales del OPAMP, se puede usar para diseñar redes que desarrollen muchas funciones como suma, resta, diferenciación e integración, así como también graduación de voltaje y conversión de corriente a voltaje.
El Amplificador OperacionalEl OPAMP es un elemento de 5 terminales, y
su símbolo es el siguiente:
El Amplificador OperacionalEl OPAMP tiene dos entradas: una llamada
Entrada no inversora, la cual produce una salida con el mismo signo que la señal de entrada en este terminal, y la otra llamada Entrada inversora, la cual produce una salida con signo contrario a la señal de entrada en este terminal.
Los terminales identificados como +V y –V son para conectar la alimentación en dc del OPAMP (típicamente 10 a 15 V).
El Amplificador Operacional
Funcionalmente, el OPAMP opera como el siguiente circuito equivalente:
El Amplificador OperacionalLas características de este circuito equivalente son
las siguientes: la resistencia Ri es muy grande, la ganancia A es muy alta, y la resistencia RO es muy baja. Los valores típicos para esos parámetros son:
Ri de 105 a 1012 Ω
A de 105 a 107
RO de 1 a 50 Ω
A continuación se muestra la gráfica de la salida versus la entrada para un OPAMP con A = 105 , V+ = 12V y V- = -12V
El Amplificador Operacional A continuación se muestra la gráfica de la salida versus la entrada
para un OPAMP con A = 105 , V+ = 12V y V- = -12V
El Amplificador OperacionalEl voltaje de entrada, Vin, es el voltaje de la
entrada no inversora menos el voltaje de la entrada inversora. Advierta que el voltaje de salida no puede exceder los valores de la fuente de suministro.
Una vez que la salida alcanza ambos valores de suministro, incrementos posteriores de Vin no tienen efecto en la salida, y se dice que el OPAMP está saturado. La posición de interés de la curva es la región lineal, donde la razón de salida a entrada es la ganancia (A).
El Amplificador OperacionalLos valores mencionados anteriormente de Ri, RO y A
sugieren un modelo incluso más simple conocido como el modelo del OPAMP ideal. Ri es muy grande y, por tanto, puede suponerse como un circuito abierto. RO es muy baja con respecto a la conexión de carga de salida recomendada y, por tanto, puede suponerse que es cero. Finalmente, la ganancia A es un factor de amplificación grande y puede suponerse también que es infinito. Pero el voltaje de salida siempre estará en los limites de las fuentes de alimentación, por lo tanto, si el OPAMP permanece en la región lineal de operación, el voltaje de salida deberá permanecer dentro de los limites.
Para valores muy grandes de A, Vin se aproxima a cero. Así, una ganancia infinita da un voltaje de salida finito desde una entrada de cero voltios. Llamamos a esta condición en los terminales de entrada corto virtual.
El Amplificador Operacional Otro aspecto importante es que si se supone que la ganancia es
infinita, el voltaje de salida es imposible de controlar. Para las aplicaciones en las que necesitamos OPAMP, el control del voltaje de salida es vital. La manera de llevar a cabo este control es a través de la realimentación: es decir, una parte de la señal de salida se realimentó hacia la entrada. El rendimiento del circuito del OPAMP se puede controlar mediante elementos externos, como resistencias. A medida que la ganancia A del OPAMP sea muy grande, la funcionalidad de los circuitos será ajustada por los componentes ajustados externamente.
Bajo la suposición recién establecida, el modelo ideal para el OPAMP se reduce al siguiente circuito:
El Amplificador OperacionalLas características importantes de este
modelo son:Como Ri es extremadamente grande, las
corrientes de entrada del OPAMP son aproximadamente cero (es decir, i+ ≈ i- ≈ 0).
Si el voltaje de salida debe permanecer confinado, entonces a medida que la ganancia se hace muy grande y se aproxima a infinito, el voltaje a través de los terminales de entrada debe simultáneamente volverse infinitesimalmente pequeño de modo que conforme A∞, V+ - V- 0.
El Amplificador OperacionalOperación y características del OPAMP.Una de las características mas importante del
OPAMP es la habilidad del circuito para amplificar fuertemente las señales que son opuestas en las entradas, mientras que solo se amplifican ligeramente las señales que son comunes a ambas entradas.
El OPAMP proporciona una componente de salida
que es resultado de la amplificación de la diferencia de las señales aplicadas en las entradas, y otra componente que resulta de las señales comunes para las dos entradas. La amplificación de las entradas opuestas es mucho mayor que la de las señales de entrada común.
El Amplificador Operacional
Vd = V1 – V2 Vc = ½ (V1 + V2)
VO = Ad Vd + Ac Vc
Donde Vd = Voltaje diferencial
Vc = Voltaje común
Ad = Ganancia diferencial
Ac = Ganancia común
El Amplificador Operacional OPAMP Básico.
El circuito equivalente es el siguiente:
Pero como Ri = y RO = 0
Aplicaciones Típicas del OpampAmplificador Inversor
Aplicaciones Típicas del OpampAmplificador no Inversor.
Aplicaciones Típicas del OpampAmplificador Sumador.
Aplicaciones Típicas del OpampIntegrador
Aplicaciones Típicas del OpampDiferenciador
Aplicaciones Típicas del OpampGanancia de Etapas Múltiples
