Amplificadores Operacionales

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Concepto:

Los amplificadores operacionales son dispositivos electrónicos, generalmente presentados como circuitos integrados, poseen dos entradas y una salida la cual es la diferencia de las dos entradas por un factor de ganancia G.

Historia:

Su nombre procede del campo de los computadores analógicos, en los que comenzaron a usarse técnicas operacionales en una época tan temprana como en los años 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador 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. Cambiando los tipos y disposición de los elementos de realimentación, podían implementarse diferentes operaciones analógicas; en gran medida, las características globales del circuito estaban determinadas sólo por estos elementos de realimentación. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseño de circuitos.

Amplificador operacional ideal:

Sus fundamentos básicos son relativamente fáciles. Quizás, lo mejor para entender el amplificador operacional ideal es olvidar todos los pensamientos convencionales sobre los componentes de los amplificadores, transistores, tubos u otros cualesquiera. En lugar de pensar en ellos, piensa en términos generales y considere el amplificador como una caja con sus terminales de entrada y salida. Trataremos, entonces, el amplificador en ese sentido ideal, e ignoraremos qué hay dentro de la caja.

V0 = a Vd

a = infinito

Ri = infinito

Ro = 0

BW (ancho de banda) = infinito

V0 = 0 sí Vd = 0

En la figura se muestra un amplificador idealizado. Es un dispositivo de acoplo directo con entrada diferencial, y un único terminal de salida. El amplificador sólo responde a la diferencia de tensión entre los dos terminales de entrada, no a su potencial común. Una señal positiva en la entrada inversora (-), produce una señal negativa a la salida, mientras que la misma señal en la entrada no inversora (+) produce una señal positiva en la salida. Con una tensión de entrada diferencial, Vd, la tensión de salida, Vo, será a Vd, donde a es la ganancia del amplificador. Ambos terminales de entrada del amplificador se utilizarán siempre independientemente de la aplicación. La señal de salida es de un sólo terminal y está referida a masa, por consiguiente, se utilizan tensiones de alimentación bipolares ( ± )

Teniendo en mente estas funciones de la entrada y salida, podemos definir ahora las propiedades del amplificador ideal. Son las siguientes:

1. La ganancia de tensión es infinita:

2. La resistencia de entrada es infinita:

3. La resistencia de salida es cero:

Ro = 0

4. El ancho de banda es infinito:

5. La tensión offset de entrada es cero:

V0 = 0 sí Vd = 0

A partir de estas características podemos deducir otras dos importantes propiedades adicionales. Puesto que, la ganancia en tensión es infinita, cualquier señal de salida que se desarrolle será el resultado de una señal de entrada infinitesimalmente pequeña.

-La tensión de entrada diferencial es nula.

-Si la resistencia de entrada es infinita. No existe flujo de corriente en ninguno de los terminales de entrada

COMPORTAMIENTO EN (DC)

LAZO ABIERTO

La realimentación salida será la resta de las dos entradas, multiplicadas por un factor que se considera infinito en cálculos cuando el dispositivo se considera ideal)

Si la diferencia entre las dos tensiones es de 1V la salida debería ser 100.000 V. Debido a la limitación que supone no poder entregar mástensión de la que hay en la alimentación, el A. O. estará saturado si se da este caso. Esto será aprovechado para su uso en comparadores, como se verá más adelante. Si la tensión más alta es la aplicada a la patilla + (entrada no inversora) la salida será VS+, mientras que si la tensión más alta es la del pin - (entrada inversora) la salida será la alimentación VS-.

LAZO CERRADO O REALIMENTADO

Para conocer sobre su funcionamiento de esta configuración se inicia desde las tensiones en las dos entradas iguales, se supone que la tensión en la pata + sube y, por tanto, la tensión en la salida también se engrandece. Como existe la realimentación entre la salida y la pata -, la tensión en esta pata también se eleva, por tanto la diferencia entre las entradas se reduce, disminuyéndose también la salida. Este proceso se estabiliza, y se tiene que la salida va a ser la necesaria para mantener las dos entradas, idealmente,

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