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Capítulo 10




AMPLIFICADOR OPERACIONAL


El Amplificador Operacional es un amplificador con realimentación que se encuentra en el mercado como una pastilla de circuito integrado. Es difícil enumerar la totalidad de las aplicaciones de este circuito. De modo general, podemos decir que sus aplicaciones están presentes en los sistemaselectrónicos de control industrial, en instrumentación nuclear, en instrumentación médica, en los equipos de telecomunicaciones y de audio, etc. El que utilizaremos normalmente será el LM741.


10.1 Generalidades

La figura siguiente muestra las funciones de cada una de las patillas del A. O. integrado, indicar que la alimentación se hará a 15V como valor normal pudiéndose alimentar entre 3Vy 22V.









Figura 10-1. LM741. Simbología de un Operacional.

En la siguiente figura se presenta el circuito equivalente de un amplificador operacional, con ella se pueden ver las características más importantes de los amplificadores operacionales:










Figura 10-2. Circuito equivalente de un A.O.

 La ganancia en tensión que en cualquier circuito se definecomo la relación entre las tensiones de salida y entrada se puede considerar Av=Vs/Ve-.




 El ancho de banda también se puede considerar como infinito. Aunque en la realidad en lazo abierto la ganancia cae con una pendiente de 20db/década y para cada frecuencia existe un valor máximo de Vs (Slew- rate).

 La impedancia de entrada Re por lo que no actúa como carga (no consumecorriente) y V1-V2=Ve.

 La impedancia de salida es Rs0 por lo que la tensión Vs es independiente de la existencia de carga y
Vs=AvVe.

 Puede trabajar en un amplio margen de temperaturas.
10.2 Circuitos básicos con A. Operacionales.

A continuación se verán las configuraciones más empleadas con los Amplificadores
Operacionales.

10.2.1 Configuración en lazo abierto.También es conocida como sin realimentación. En ella la ganancia viene determinada por el propio fabricante y sobre ella no se tiene ningún control. Esta configuración se utiliza para circuitos comparadores.






Figura 10-3. Montaje en lazo abierto.


10.2.2 Configuración con realimentación positiva.

Este tipo de configuración se denomina en bucle cerrado y tiene el inconvenientede desestabilizar el circuito. Una aplicación práctica de la realimentación positiva se da en los circuitos osciladores, que se verán más adelante.









Figura 10-4. Montaje con realimentación positiva.


10.2.3 Configuración con realimentación negativa

Es la configuración en bucle cerrado más importante en circuitos con operacionales, y sus aplicaciones más comunes puedenser: amplificador no inversor, amplificador inversor, sumador amplificador diferencial, diferenciador, integrador, filtros activos, etc.



Figura 10-5. Montaje con realimentación negativa.

Las corrientes de polarización son del orden de nA, por lo que se pueden considerar nulas y podremos escribir I1+I2=0. Aplicando Kirchhoff tenemos:

V1 Va  AvVe  Va  0


( 10-1)
R1Rs  R2

Sustituyendo Ve = Vb-Va en la ecuación anterior obtendremos:

V1 Rs R2  Va Rs R2 AvVb R1 AvVa R1  Va R1  0
R1 Rs  R2 





( 10-2)
V  Va Av R1 Rs R1 R2  V1 Rs R2 
Av R1

Tomando el límite de Vb para Av tendiendo a infinito

limVb 


Av 

 Va

 Ve  0 ( 10-3)

Hemos llegado a la conclusión de queexiste un cortocircuito virtual entre las entradas inversora y no inversora en el montaje con realimentación negativa, es decir, que en dicho montaje las dos entradas se encuentran a la misma tensión. Dentro de esta configuración podemos distinguir las siguientes.

10.2.4 Configuración inversora

En este montaje R3 es igual al paralelo de R1 y R2. La ganancia de este amplificador es:...