Amplificador operacional
Actualmente, el término
amplificador operacional se refiere a un circuito integrado que se emplea en
una gran variedad de aplicaciones diferentes. Sin embargo, este tipo de
amplificador se originó en los circuitos de los computadores analógicos, en los
que se utilizaba para realizar operaciones como la integración o la suma de
señales: de ahí el nombre de amplificador operacional.
Configuraciones del Amplificador Operacional
Amplificador
Operacional 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.
Zin = Rin.
Por lo cual podemos controlar la impedancia de
entrada mediante la elección de Rin.
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 micro
electrónico se puede utilizar como buffer, poniendo 2 en cascada.
Amplificador
operacional 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.
Sin = ∞, lo cual nos supone una ventaja frente al
amplificador inversor.
Sumador
- La
salida está invertida
- Para
resistencias independientes R1, R2,... Rn
- La
expresión se simplifica bastante si se usan resistencias del mismo valor
- Impedancias
de entrada: Zn = Rn
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 capacitivo en
la red de entrada. Luego la corriente de entrada obtenida es proporcional a la
tasa de variación de la tensión de entrada:
De nuevo diremos que la
corriente de entrada IIN, circulará por RF, por lo que IF = IIN
Y puesto que VOUT= -
IF RF Sustituyendo obtenemos
Integrador
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.
Como ocurría en el amplificador
inversor, V (-) = 0, puesto que V (+) = 0, y por tener impedancia infinita toda
la corriente de entrada Iin pasa hacia el condensador CF, llamaremos a esta
corriente IF.
El elemento realimentado en el
integrador es el condensador CF. Por consiguiente, la corriente constante IF,
en CF da lugar a una rampa lineal de tensión. La tensión de salida es, por
tanto, la integral de la corriente de entrada, que es forzada a cargar CF por
el lazo de realimentación.
La variación de tensión en CF
es:
Lo que hace que la salida varíe
por unidad de tiempo según:
Como en otras configuraciones
del amplificador inversor, la impedancia de entrada es simplemente RG.
Derivador
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.
Filtros
Un filtro activo es un filtro electrónico analógico distinguido por el uso de uno
o más componentes activos (que proporcionan una cierta
forma de amplificación de energía), que lo diferencian de los filtros pasivos que solamente usan componentes pasivos. Típicamente este elemento activo puede ser un tubo de vacío, un transistor o un amplificador
operacional.
Rectificadores
Rectificador inversor de media
onda lineal con salida positiva Para convertir un amplificador operacional
inversor en un rectificador de media onda ideal (de precisión lineal) se añaden
dos diodos, como se muestra en la figura 2. En la figura 2(a) cuando Ei es
positivo, el diodo D1 conduce, con lo que el voltaje de salida del amplificador
operacional, VOA, se vuelve negativo en una caída de voltaje de un diodo (≃0.6 V). Lo anterior polariza inversamente al diodo D2. El voltaje de
salida del circuito Vo es igual a cero debido a que la corriente de
entrada I fluye a través de D1. Para propósitos prácticos, no fluye corriente
por Rf y, por lo tanto, Vo = 0. Observe que la carga se modela por medio de una
resistencia RL, la cual siempre deberá ser resistiva. Si la carga es un
capacitor, un voltaje o una fuente de corriente, Vo no es igual a cero.
Ejercicios
1)
V1=100mV
V2=200mV
V3=500mV
R1=20kΩ
R2=10kΩ
R3=50kΩ
Rf=100kΩ
Vcc+ =15V
Vcc- = -15V
Vout= -3,5V
2)
Vi= 500Mv
Ri= 10kΩ
R2= 100kΩ
Vout= ?
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