Introducción a los Amplificaciones Operacionales

La electrónica analógica se ha visto enriquecida con la incorporación de un nuevo componente básico: el amplificador operacional (A.O.).

La utilización del A.O. en circuitería presupone un adecuado conocimiento de sus características de funcionamiento y prestaciones. Estos datos se evalúan en base a determinadas características proporcionadas por el fabricante.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL

El A.O. es un dispositivo amplificador cuyas características de funcionamiento se aproximan a las de un amplificador ideal: ganancia infinita, salida nula en ausencia de la señal de entrada, impedancia de entrada infinita, impedancia de salida cero, ancho de banda infinito y tiempo de subida nulo. Las características de un A.O. real difieren de las propias de un A.O. ideal. No obstante, un A.O. típico está caracterizado por las siguientes propiedades sustancialmente aceptables: elevada ganancia en tensión, alta impedancia de entrada, ancho de banda amplio (partiendo desde c.c.), baja tensión de offset, mínima distorsión, nivel de ruido reducido…

AO

Si la señal entra por la inversora, la señal de salida aparecerá invertida 180° respecto a la excitación. La alimentación se realiza por medio de dos fuentes simétricas, una +Vcc, y otra -Vcc. Esta circunstancia permite centrar la señal de salida respecto al nivel de referencia (masa).

Existen dos tipos de funcionamiento básico: sin realimentación o en bucle abierto y con realimentación o en bucle cerrado. Normalmente se usa en BUCLE CERRADO. La red de realimentación determina la función que realiza el montaje, permitiendo la construcción de amplificadores asimétricos, osciladores, integradores, diferenciadores, sumadores, restadores, comparadores, filtros, etc.

Las limitaciones de este tipo de dispositivos quedan determinadas por las características del fabricante.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL

En el modelo de amplificador ideal, la salida del amplificador se obtiene a través de la expresión:

F1Esta expresión nos dice que la salida del amplificador es directamente proporcional a la diferencia de potencial Vd en la entrada. Designaremos a la constante de proporcionalidad “A” como ganancia de lazo abierto. Con esta definición podemos decir también que el amplificador operacional es diferencial ya que la salida depende de la diferencia de tensión en sus entradas. “A” es una constante para cada amplificador y sus valores son muy altos (>200000 para amplificadores reales).

“En lazo abierto significa que es la ganancia del propio dispositivo sin conectar a nada”.

PROPIEDADES

1. La ganancia en lazo abierto A es infinita
2. Las resistencias que se ven desde cada uno de los terminales de entrada son infinitas o, lo que es lo mismo, las intensidades de entrada I- e I+ son nulas.
3. La impedancia de carga de un circuito conectado en cascada con el OP no influye en la tensión de salida:  F2 .Esto significa que, si tenemos el equivalente del amplificador de la forma:

AO ideal

Por tanto para que se cumpla la condición de que F2 tiene que ser Ro=0. Es decir la impedancia de salida del OP es nula.

4. Es un amplificador de corriente continua y alterna.
5. Es capaz de amplificar la señal de entrada independientemente de su frecuencia. El ancho de banda es por tanto infinito.

Por la primera propiedad, tendríamos que si “A” es infinito como Vd es un valor finito debería ser V0 infinito. Como esto no puede ser debe ocurrir que Vd= 0 es decir V+=V

Las alimentaciones de un amplificador suelen ser iguales en magnitud y tienen como valores típicos +/-5V, +/-9V, +/-12V, +/- 15V, +/-18V, +/-22V. La salida puede tener valores máximos algo inferiores que las tensiones de alimentación. Por tanto se elegirá la alimentación en función de las disponibilidades y de los niveles de señal necesarios en la salida del OP. Los OP se suelen utilizar con realimentación ya que esto hace que podamos controlar su ganancia. Como veremos la ganancia en lazo cerrado no dependa nada más que del circuito externo aplicado. Según como sea este circuito tendremos varias configuraciones de amplificador.

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