Amplificador operacional

(
Amplificadores Operacionales y filtros (Agosto 2010)
Rodríguez Martínez, Pablo Adalberto, Control 1, 87577

Abstract—En las siguientes notas relacionadas con el control se discutirán las características importantes de los amplificadores operacionales, sus comportamiento en un circuito y los modos en que se pueden configurar. También el uso de los filtros en los circuitos y los tipos deéstos.

Palabras clave— Control, Amplificador Operacional, Filtros electrónicos.

INTRODUCCION

E
L  concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los computadores analógicos, en los que comenzaron a usarse técnicasoperacionales en una época tan temprana como en los años 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de unamplificador dc(amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas características de operación estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados. El nombre de amplificador operacional proviene de una de las utilidades básicas de este, como son la de realizar operaciones matemáticas en computadores analógicos (características operativas).
El amplificadoroperacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene la capacidad de manejo de señal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante, tiene además limites de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificación también definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se caracterizan pro su entrada diferencial y una gananciamuy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100dB.
El amplificador operacional (AO) es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, lo cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo de tierra (o el punto de referencia que se considere). [1]
[pic]
Fig. 1. Esquema del Amplificador OperacionalLazo Abierto(dc)

Si no existe realimentación la salida del A. O. será la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000 (que se considerará infinito en calculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las dos tensiones es de 1V la salida debería ser 100.000V. Debido a la limitación que supone no poder entregarmás tensión de la que hay en la alimentación, el A. O. estará saturado si se da este caso. Si la tensión más alta es la aplicada a la patilla + la salida será la que corresponde a la alimentación VS+, mientras que si la tensión más alta es la del pin - la salida será la alimentación VS-.[2]

Lazo Cerrado(dc)

Se conoce como lazo cerrado a la realimentación en un circuito. Aquí se supondrá realimentaciónnegativa. Para conocer el funcionamiento de esta configuración se parte de las tensiones en las dos entradas exactamente iguales, se supone que la tensión en la pata + sube y, por tanto, la tensión en la salida también se eleva. Como existe la realimentación entre la salida y la pata -, la tensión en esta pata también se eleva, por tanto la diferencia entre las dos entradas se reduce,disminuyéndose también la salida. Este proceso pronto se estabiliza, y se tiene que la salida es la necesaria para mantener las dos entradas, idealmente, con el mismo valor.

Siempre que hay realimentación negativa se aplican estas 2 aproximaciones para analizar el circuito:

V+ = V-

I+ = I- = 0

Cuando se realimenta negativamente un amplificador operacional, al igual que con cualquier circuitoamplificador, se mejoran algunas características del mismo como una mayor impedancia en la entrada y una menor impedancia en la salida. La mayor impedancia de entrada da lugar a que la corriente de entrada sea muy pequeña y se reducen así los efectos de las perturbaciones en la señal de entrada. La menor impedancia de salida permite que el amplificador se comporte como una fuente eléctrica de...