Conoce los parámetros esenciales del amplificador operacional
Un dispositivo de amplificación electrónica de gran potencia y con acoplamiento en corriente continua, el amplificador operacional o op-amp (operational amplifier) es reconocido por su diseño con dos entradas y una salida. Gracias a su configuración, la salida del op-amp puede llegar a ser cientos de miles de veces más elevada que la diferencia de voltaje entre sus entradas.
Principio de operacióneditar
Los amplificadores operacionales comparten una misma estructura interna de tres etapas, aunque sus diseños varían según el fabricante y el producto.
Cada dispositivo cuenta con dos entradas: una entrada no inversora (+), donde se encuentra una tensión indicada como V+. La segunda entrada es inversora (–) y recibe una tensión V−. En teoría, el amplificador amplifica únicamente la diferencia de tensión entre ambas entradas, conocida como tensión de entrada diferencial (Vin=V+−V−).
La tensión de salida del dispositivo, denominada Vout, se calcula mediante la ecuación:
Vout = AOL * Vin
donde AOL representa la ganancia del dispositivo sin realimentación, también conocida como "lazo (o bucle) abierto". En algunos amplificadores diferenciales, se ofrecen dos salidas con desfase de 180° para aplicaciones especiales.
Impedancia de entrada
La impedancia de entrada es un parámetro crucial en los amplificadores operacionales. Se refiere a la resistencia que presentan ante la señal de entrada. Una impedancia de entrada alta es favorable, pues reduce la carga sobre la fuente de señal y evita la pérdida de la misma. Sin embargo, una impedancia de entrada baja puede afectar negativamente la calidad y precisión de la señal amplificada.
Optimización de parámetros en un amplificador de señal en modo no inversor
Otra opción popular es la conocida como amplificador no inversor. En este diseño, la señal de entrada se conecta al terminal positivo (+) del amplificador operacional y la salida se obtiene del terminal de salida. Al igual que en la configuración anterior, la ganancia está influenciada por las resistencias conectadas al amplificador.
Funcionamiento del amplificador operacional
El amplificador operacional es un dispositivo utilizado principalmente en circuitos electrónicos para amplificar la señal de voltaje que recibe en su entrada.Este componente se caracteriza por tener dos entradas, una llamada entrada inversora y otra entrada no inversora, entre las cuales se mide la diferencia de voltaje que será amplificada.
A esta diferencia de voltaje se le llama ganancia de voltaje y es la encargada de amplificar la señal de entrada en un factor determinado, que puede ser configurado según las necesidades del circuito.
Usoseditar
El circuito integrado μA741 es ampliamente utilizado por múltiples fabricantes en diferentes productos. Fue diseñado en 1968 por David Fullagar en Fairchild Semiconductor, tras el éxito del LM301 creado por el ingeniero Robert John Widlar.Aunque el μA741 ha tenido un papel importante en la industria del audio y otros dispositivos sensibles, su uso se ha vuelto infrecuente en la actualidad debido a las características mejoradas de los operacionales modernos. El ruido perceptible producido por este dispositivo, además de sus pobres relaciones de rechazo al modo común, puede introducir interferencias en equipos sensibles, como zumbidos y chasquidos.
Hoy en día, el término amplificador μA741 se refiere generalmente a cualquier operacional genérico integrado, como los dispositivos μA741, LM301, 558, LM342, TBA221 o sustitutos más modernos como el TL071. Aunque la descripción de la etapa de salida del μA741 suele ser similar en muchos diseños de operacionales, las etapas de entrada pueden variar en gran medida.
Limitacioneseditar
Amplificación y saturación en los Amplificadores OperacionalesLos Amplificadores Operacionales, también conocidos como Op-Amps, son componentes amplificadores que se utilizan en muchos circuitos eléctricos. Estos dispositivos tienen una entrada y una salida, y su función es multiplicar la señal que se introduce en la entrada por una ganancia determinada.
Sin embargo, si la señal de salida alcanza cierto valor, se dice que el Op-Amp está saturado, lo que significa que ya no puede seguir amplificando. Esto se debe a que la señal de salida no puede superar cierta tensión, que corresponde a la tensión de alimentación del dispositivo, generalmente un 90% del valor total.
Por ejemplo, si tenemos un Op-Amp con una ganancia de 100.000 y le introducimos una señal de 1 voltio, la señal de salida no será de 100.000 voltios como se podría pensar a primera vista, sino que estará limitada por la tensión de alimentación, tal y como se ha mencionado previamente.
Otra característica importante a tener en cuenta en los Amplificadores Operacionales es su offset, que es la diferencia de tensión entre los dos pines de entrada cuando la tensión de salida es nula. En un amplificador ideal, este offset sería cero, pero en un amplificador real no suele ser así. Para conseguir una mayor precisión, algunos modelos de Amplificadores Operacionales tienen la posibilidad de ajustar este offset manualmente mediante las entradas de offset, aunque no todos los Op-Amps ofrecen esta opción.
Es importante tener en cuenta que el valor del offset puede variar según la temperatura del dispositivo. Por lo tanto, es necesario tener en cuenta este factor a la hora de trabajar con Amplificadores Operacionales y, en caso de ser necesario, ajustar la entrada de offset para obtener una mayor precisión en la amplificación de la señal de entrada.
Los principales factores eléctricos a considerar en los amplificadores operacionales
Los amplificadores operacionales son elementos fundamentales en el diseño de circuitos electrónicos, especialmente en aplicaciones que involucran señales analógicas. Su función principal es amplificar una señal de entrada y entregarla en su forma amplificada a la salida. Para asegurar un rendimiento óptimo, es necesario tener en cuenta y comprender los principales parámetros eléctricos de estos dispositivos.
Uno de los principales parámetros que se deben considerar es la ganancia de voltaje. La ganancia de un amplificador operacional es la relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada. Una ganancia adecuada es esencial para obtener una señal amplificada de alta calidad y sin distorsión. Además, es importante tener en cuenta la impedancia de entrada y salida del amplificador, ya que esto afectará la señal de entrada y la carga conectada a la salida.
Otro parámetro clave es la respuesta en frecuencia. Esta indica la variación de la ganancia en función de la frecuencia de la señal de entrada. Es importante elegir un amplificador operacional con una respuesta en frecuencia adecuada para la aplicación específica. También se deben considerar la distorsión armónica y la respuesta transitoria, ya que pueden afectar la precisión y la fidelidad de la señal amplificada.
Ganancia de voltaje
En los amplificadores operacionales, uno de los aspectos más significativos a tener en cuenta es la ganancia de voltaje. Este parámetro refleja la capacidad del amplificador para aumentar la señal de entrada en relación a la señal de salida. Debe tenerse en cuenta que este factor es crucial para la sensibilidad y precisión del amplificador en distintas aplicaciones.
La ganancia de voltaje se mide expresando la relación entre la señal de salida y la señal de entrada, por ejemplo, 1000:1. Esto significa que la señal de salida es mil veces mayor que la señal de entrada.
Explorando las diversas opciones de configuración del amplificador operacional
Los amplificadores operacionales son piezas fundamentales en la creación de circuitos electrónicos. Existen diversas maneras de aprovechar al máximo sus propiedades. A continuación, se presentan las configuraciones más utilizadas:
- Modo inversor: en esta configuración, el amplificador operacional multiplica por una constante la señal de entrada y la invierte en fase.
- Modo no inversor: a diferencia del modo inversor, esta configuración no invierte la señal de entrada, simplemente la amplifica según una constante.
- Modo seguidor de tensión: en esta configuración, la señal de salida es igual a la señal de entrada, pero con mayor corriente disponible.
- Modo suma o sumador inversor: en esta configuración se puede sumar varias señales de entrada utilizando resistencias en los puntos de conexión al amplificador operacional.
Estas son solo algunas de las configuraciones más comunes de los amplificadores operacionales, pero existen muchas otras posibilidades para utilizar sus características de manera óptima en diferentes circuitos.