Amplificadores operacionales

Amplificadores operacionales
Los amplificador operacionales fueron desarrollados para realizar operaciones matemáticas con circuitos electrónicos. Son circuitos analógicos que básicamente constan de tres etapas:
1) Dos entradas que son diferenciales entre si.
2) Una etapa de ganancia DC intermedia.
3) Una etapa de salida push-pull
Las entradas poseen una muy alta impedancia y por elcontrario, su salida presenta una muy baja por lo que la corriente entregada a la carga es grande.
Antes aclaremos el término “push-pull”. Éste se refiere a un tipo de circuito electrónico que es capaz de manejar corrientes tanto positivas como negativas en su carga.
En ciertos dispositivos, como los microcontroladores por ejemplo, podemos asimilar un terminal "push-pull" como un pin que puede funcionarcomo una entrada (corriente negativa) o una salida (corriente positiva).
Casi todos los circuitos lógicos CMOS y TTL tienen terminales push-pull.
A la salida “push-pull” también se le llaman “tótem pole” debido a la apariecia física de su configuración circuital, que comúnmente se realiza con dos transistores complementarios, montados unos sobre el otro en forma de “tótem pole”.
Notaaparte:
"Totem pole" es el nombre que los Norteamericanos le dan a esos troncos tallados (Totem) con cabezas de águilas, osos, indios o cualquier figura mística o de animales y representan unidad y plegaria a dioses.
La desventaja de este tipo de salidas es que no se pueden conectar unas con otras, pues se presenta un problema cuando las salidas interconectadas manejan corrientes de carga con sentidosopuestos en forma simultánea (una positiva y otra negativa).
Por esta razón, algunos dispositivos (como los PIC, por ejemplo) tienen la opción de poner la salida a un estado de alta impedancia en la cual la salida queda flotante. A este estado se le llama “tri-stated” o “tri-state”.
Bueno aclarado esto, seguimos con los op-amp o amplificador operacionales.
Los op-amp son amplificadorlineales, lo que quiere decir que la salida es proporcional a la entrada. La ganancia típica de lazo abierto (sin realimentación - más adelante veremos que significa esto) de estos dispositivos está comúnmente en el orden entre 10^3 y 10^6 . Como esta ganancia es muy alta, es necesario establecer una realimentación al circuito para darle estabilidad y poder controlarlo.
Recuerden que las entradas delop-amp es diferencial, lo que quiere decir que cada una de ellas (de las 2 que posee) son independientes de tierra o con un punto común y la señal entre estos dos terminales es lo que se conoce como “señal de entrada”.
A los dos terminales se les conocen como: “Entrada invertida (-)” y “Entrada No Invertida (+)”

y se pueden usar en tres formas básicas:

1) Amplificador no invertido:

La señalVi es aplicada entre la entrada NO INVERTIDA y tierra; y la salida Vo será una señal amplificada de Vi y en fase con ella. La entrada invertida se lleva a tierra.
La función de transferencia que define este amplificador es: Vo=G*Vi. Donde G es la ganancia del operacional
2) Amplificador invertido o inversor:

Ahora la señal Vi se aplica entre la entrada INVERTIDA y tierra; la salida Vo seráuna señal amplificada de Vi y con una diferencia de fase de 180º . La entrada no invertida se lleva a tierra.
La función de transferencia que define este amplificador es: Vo= -G*Vi. Como dijimos, G es la ganancia del operacional

3) Amplificador diferencial:

En cada entrada se ingresa una señal con un punto común.
La función de transferencia que define este amplificador es: Vo= G * (Va -Vb). Donde G ya saben lo que es.
ANÁLISIS DE UN OP-AMP BÁSICO.
El siguiente es un esquemático básico de un amplificador operacional:

Una condición de diseño del circuito es que la corriente I siempre es constante.
Vayamos despacio y hagamos un análisis básico de este esquema.
Si no hay ningún voltaje aplicado a las bases de los transistores o el voltaje aplicado es el mismo entonces I1 e I2...