Amplificadores Operacionales

Introducción

El concepto del amplificador operacional procede del campo de los computadores analógicos, en los que comenzaron a usarse técnicas operacionales en una época tan temprana como en los años 40. El nombre del amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyascaracterísticas de operación estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados.
Cambiando los tipos y disposición de los elementos de realimentación, podían implementarse diferentes operaciones analógicas; en gran medida, las características globales del circuito estaban determinadas solo por estos elementos de realimentación.
De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizardiversas operaciones y el desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseño de circuitos.
Los primeros amplificadores operacionales usaban el componente básico de su tiempo: la válvula de vacío. El uso generalizado de los amplificadores operacionales no comenzó realmente hasta los años 60, cuando empezaron a aplicarse lastécnicas de estado sólido al diseño de circuitos amplificadores operacionales, fabricándose módulos que realizaban la circuitería interna del amplificador operacional mediante el diseño discreto de estado sólido. Entonces, a mediados de los 60, se introdujeron los primeros amplificadores operacionales de circuito integrado. En unos pocos años los amplificadores operacionales integrados se convirtieronen una herramienta estándar de diseño, abarcando aplicaciones mucho más allá del ámbito original de los computadores analógicos.
Con la posibilidad de producción en masa que las técnicas de fabricación de circuitos integrados proporcionan, los amplificadores operacionales integrados estuvieron disponibles en grandes cantidades, lo que contribuyo a rebajar su coste. Hoy en día el precio de unamplificador operacional integrado de propósito general, con una ganancia de 100 dB, una tensión offset de entrada de 1mV, una corriente de entrada de 100 nA, y un ancho de banda de 1 MHz es inferior a 1 euro. El amplificador, que era un sistema formado antiguamente por muchos componentes discretos, ha evolucionado para convertirse en un componente discreto el mismo, una realidad que ha cambiado porcompleto el panorama del diseño de circuitos lineales.
Amplificadores operacionales

El amplificador operacional es uno de los circuitos integrados más importantes y usados en las aplicaciones analógicas. Tiene como ventajas más interesantes su bajo coste, su pequeño tamaño y su versatilidad, que permite un uso generalizado en amplificación, filtros, comparación, rectificación, etc.
Unamplificador operacional (desde ahora AO) tiene básicamente tres terminales, tal y como vemos en la ilustración. Estos son las dos entradas (una negativa y otra positiva) y la salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):
Vout = G·(V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741. Por supuesto tiene otros terminales como losdestinados a su alimentación y compensación.
El nombre de amplificador operacional proviene de una de las utilidades básicas de este, como lo son realizar operaciones matemáticas en computadores análogos.

Realimentación

La realimentación es conectar o inyectar una señal de la salida con alguna de las entradas. Entendemos que el dispositivo alcanza de forma automática los valores establecidos parasus variables de estado ("output") de forma muy precisa, a pesar de las variaciones que puedan producirse en la entrada ("input") del dispositivo.
El control por realimentación se llama también control de CICLO CERRADO, frente a los sistemas de control de CICLO ABIERTO, donde no hay comparación de las variables de estado con los valores deseados para las mismas. El sistema se realimenta a sí...