Circuitos operacionales

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL Es un circuito integrado compuesto por un gran número de transistores y resistencias que, convenientemente polarizado presenta unas características especiales. Su denominación procede de su empleo en los antiguos calculadores analógicos. Hoy en día es un componente ampliamente utilizado en aplicaciones de audio y en general en frecuencias bajas e incluso medias. Comoprincipal ventaja presenta la facilidad de diseño y su presencia es frecuente en fuentes de alimentación, amplificadores, condensadores simulados de alta capacidad y filtros activos, entre otros. En la actualidad hay una tendencia generalizada a considerarlo como un elemento más de circuito. Como tal lo trata la Teoría de Circuitos, omitiendo los detalles referentes a su polarización, limitacionesy constitución interna, más propios de la Electrónica, y prestando atención exclusivamente a su comportamiento de bornas hacia fuera. Comentaremos únicamente su versión ideal, válida y suficiente en la mayor parte de las aplicaciones. El amplificador operacional ideal se muestra en la figura 1.

Figura 1. Es un elemento de tres terminales, dos de entrada, la inversora (-) y la no inversora (+) yuno de salida (out, o). Las tensiones de cada uno de estos terminales se referencian siempre respecto a la conexión de masa o tierra. En la figura 2 se muestra su circuito equivalente. Es importante destacar que la resistencia de entrada (Ri) es enormemente grande, mientras que la resistencia de salida (Ro) es prácticamente nula y podemos poner Ri → ∞ Ro → 0 (1) (2)

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De esta forma entrelos dos terminales de entrada podemos considerar que hay un circuito abierto a efectos de corriente, por lo que se cumple siempre I(+) = I(-) = 0 (3)

Figura 2.

Por otra parte, al ser (Ro) nula, el comportamiento de salida es el de un generador ideal de tensión, con tensión de salida (Vo) que no depende de la carga y corriente de salida (Io) dependiente del valor de la carga RL que se conecte.Otra característica a señalar es que la constante (A) que define el generador dependiente de la salida es muy grande y podemos considerar A→∞ (4) (5) De esta forma para que la tensión de salida tenga un valor finito es necesario que V(+) – V(-) = 0 cualquier resultado y que resolverán las leyes de circuitos. Este último resultado es muy importante y constituye el principio del cortocircuitovirtual, que se aplica constantemente en los circuitos con operacional ideal: “La d.d.p. entre las entradas inversora y no inversora es siempre nula, salvo que esté conectado un generador directamente entre los dos terminales”. Resumiendo, el amplificador operacional ideal se caracteriza por Resistencia de entrada = Ri → ∞; Resistencia de salida = Ro = 0 (6) Corrientes de entrada nulas → I(+) = I(-) =0 2 (7) Creándose así una indeterminación matemática del tipo (0·∞) que puede dar

V(+) - V(-) = 0 (Cortocircuito Virtual) en la casi totalidad de los casos el análisis por tensiones.

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El método de análisis más adecuado en circuitos con amplificador operacional será Son innumerables los circuitos con amplificador operacional. A continuación y modo de ejemplo tratamos algunos de los máshabituales. AMPLIFICADOR INVERSOR. Su esquema se muestra en la figura 3. Como en todos los ejemplos la realimentación es negativa, es decir, la conexión entrada – salida se realiza a través de la entrada (-), por cuestiones de estabilidad.

Figura 3. Calcular la ganancia de tensión (V2/V1) es muy sencillo teniendo en cuenta que por el principio del cortocircuito virtual V(+) = V(-) = 0 (9)Siendo nula además la corriente que absorbe el operacional, por lo que las corrientes por las resistencias (R1) y (R2) son iguales. El planteamiento del análisis por tensiones se realiza según se indica en la figura 4. Nudo (-):
V1 − 0 0 − V2 = (10) R1 R2 Es inmediato obtener el valor de la ganancia ajustable a voluntad con R1 y R2. V2 V1 R2 R1

= −

(11)

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Obsérvese el signo (-) del...