Amplificadores Operacionales

El objetivo de ésta exposición es presentar un panorama general sobre el funcionamiento de un amplificador operacional, así como algunas de sus principales aplicaciones tanto en circuitos analógicos como digitales. A lo largo de la exposición se tratarán los siguientes temas: Amplificadores operacionales.

Circuitos lineales con amplificador operacional.
Circuitos no lineales conamplificador operacional. Aplicaciones del amplificador operacional en circuitos de instrumentación. Conclusiones.

AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS DE APLICACIÓN EN INSTRUMENTACIÓN

INTRODUCCION. EL AMPLIFICADOR INVERSOR. EL AMPLIFICADOR NO INVERSOR. AMPLIFICADOR SUMADOR. SEGUIDOR DE TENSIÓN. CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES.

AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS DE APLICACIÓN ENINSTRUMENTACIÓN

Un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O. u amp-op), es un circuito electrónico, normalmente en forma de circuito integrado que tiene dos entradas y una salida. Idealmente la salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor G (ganancia):

V out G(V  V )

El nombre de amplificador operacional proviene de una de las utilidades básicas deeste, como son la de realizar operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, Derivación, etc.) en computadores analógicos. La figura siguiente muestra el diagrama de bloques de un amplificador operacional. La etapa de entrada es un amplificador diferencial, seguida de más etapas de ganancia y de un seguidor de emisor push-pull de clase B.

Nota: No todos losamplificadores operacionales utilizan una salida push-pull de clase B, y otros pueden utilizar una salida diferencial.

AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS DE APLICACIÓN EN INSTRUMENTACIÓN

El diseño interno de un amplificador operacional monolítico es muy complejo, utiliza docenas de transistores como espejos de corriente, cargas activas y otras innovaciones. La figura muestra el símboloesquemático del amplificador operacional, con entradas inversora y no inversora, una salida asimétrica y los terminales de alimentación.

ALIMENTACIÓN POSITIVA ENTRADA NO INVERSORA SALIDA

ENTRADA INVERSORA ALIMENTACIÓN NEGATIVA

AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS DE APLICACIÓN EN INSTRUMENTACIÓN

A manera de simplificar las cosas diremos que el diagrama de la figura siguiente refleja unmodelo bastante preciso de las características del amplificador operacional.

El amplificador operacional ideal representa un amplificador de tensión perfecto y a menudo se hace referencia a él como VCVS (voltage controlled voltage source), podemos visualizar un VCVS como se muestra en la figura donde Rin es infinita y Rout es cero.

AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS DE APLICACIÓN ENINSTRUMENTACIÓN

La tabla siguiente resume las características de un amplificador operacional ideal así como las de dos de los amplificadores operacionales más usados.
CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Magnitud Ganancia de tensión en bucle abierto Frecuencia de ganancia unidad Resistencia de entrada Resistencia de salida Corriente de polarización de entrada Corriente de offsetde entrada Tensión de offset de entrada Símbolo Ideal LM741C LF157A

AVOL

Infinito

100,000

200,000

funidad Rin Rout

Infinito Infinito Cero

1 MHz 2 MΩ 75 Ω

20 MHz 1012 Ω 100 Ω

Iin(polarización)

Cero

80 nA

30 pA

Iin(off) Vin(off) CMRR

Cero

20 nA

3 pA

Cero Infinito

2 mV 90 dB

1 mV 100 dB

Factor de rechazo en modo común

AMPLIFICADORESOPERACIONALES Y CIRCUITOS DE APLICACIÓN EN INSTRUMENTACIÓN

 Corriente y tensión de offset de entrada. Cuando en ambas entradas del amplificador diferencial se pone una tensión de 0 V. idealmente la salida debería ser de 0 V. sin embargo se observa que existe una pequeña tensión a la salida, a manera de que la salida sea cero, es necesario tener una pequeña tensión de entrada conocida como...