Amplificador Operacional (OPAMP)

Amplificador operacional

• Un amplificador operacional (OPAMP) es un circuito integrado que realiza una variedad de circuitos electrónicos útiles.
• Se usa en comparadores de voltaje, amplificadores de señal, operaciones aritméticas y filtros de señales.
• Está compuesto por una gran cantidad de transistores internamente.
• Dichos transistores controlan corrientes y tensiones, para darle sus características eléctricas.
• Tiene 2 entradas y una salida, además de la alimentación positiva y negativa.
• La configuración de las entradas mencionadas define el comportamiento del circuito.

Reglas para el amplificador operacional ideal

• La impedancia entre las entradas inversora y no inversora es infinita, por lo que no hay corriente de entrada.
• La diferencia de potencial en lazo cerrado entre las terminales inversora y no inversora es nula (V1=V2).
• No hay corriente de entrada en las patas inversora y no inversora (I1=I2=0).

Lazo Abierto

• Si no existe retroalimentación, la salida del amplificador operacional será la diferencia de sus dos entradas multiplicada por un factor de ganancia: Vo = (V+ - V-) x G.
• La magnitud de la ganancia es generalmente grande, del orden de 100.000 veces o más.
• Una pequeña diferencia entre las tensiones V+ y V- hace que la salida del amplificador sea cercana a la tensión de alimentación, lo que se conoce como saturación del amplificador.
• Si la entrada inversora está conectada a tierra (0 V) directamente o mediante una resistencia Rg:
  • Si la tensión de entrada Vin >0, la salida es la tensión positiva máxima de alimentación.
  • Si Vin<0, la salida es el valor negativo de alimentación.
• En lazo abierto, el amplificador operacional actúa como comparador.

Amplificador Comparador No Inversor

• Se usa en lazo abierto para determinar cuál de dos señales en sus entradas es mayor.
• Si una de las señales es mayor que la otra, la salida del amplificador operacional será máxima, ya sea positiva (+Vsat) o negativa (-Vsat).
• Si la entrada inversora se conecta a un voltaje de referencia (Vref):
  • Si la tensión de entrada Vi > Vref, la salida es la tensión positiva máxima de alimentación (+Vcc=+Vsat).
  • Si la tensión de entrada Vi < Vref, la salida es el valor negativo de alimentación (-Vcc=-Vsat).

Amplificador Comparador Inversor

• Se usa en lazo abierto para determinar cuál de dos señales en sus entradas es mayor.
• Si una de las señales es mayor que la otra, la salida del amplificador operacional es máxima, ya sea positiva (+Vsat) o negativa (-Vsat).
• Si la entrada no inversora se conecta a un voltaje de referencia (Vref.):
  • Si la tensión de entrada Vi < Vref, la salida es la tensión positiva máxima de alimentación (+Vcc=+Vsat).
  • Si la tensión de entrada Vi > Vref, la salida es el valor negativo de alimentación (-Vcc=-Vsat).

Amplificador Comparador con Histéresis

• Este amplificador compara la tensión de una entrada con otra y la regenera.
• Si Ve < 0, la salida Vo satura a positivo.
• Para cambiar de estado la salida, se debe aplicar una Ve mayor que VR2 (Vp).
• Una vez superada Vp (Ve>Vp), el operacional saturará a negativo.
• Para volver a cambiar su estado, se debe aplicar una tensión más negativa que la VR2 (Vv).
• El resultado es una separación entre el valor de entrada que produce una salida positiva y el valor de entrada que produce una salida negativa.

Lazo Cerrado

• Si se desea un comportamiento predecible en la señal de salida, se usa la retroalimentación negativa aplicando parte de la tensión de salida a la entrada inversora.
• La configuración de lazo cerrado reduce la ganancia del dispositivo, ya que esta es determinada por la red de retroalimentación y no por las características del dispositivo.
• En el amplificador no inversor, la red resistiva (R1 y R2) determina la ganancia en lazo cerrado.
• Si la tensión Vin sube, la tensión en la salida también se eleva dependiendo de la ganancia (valor de R1 y R2).
• La tensión de V+=V- trabaja con diferencia de corriente, lo que se conoce como cortocircuito virtual.

Retroalimentación

• Cuando se retroalimenta negativamente un amplificador operacional, mejoran algunas características.
• 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 (usar resistencias grandes).
• La señal de salida no depende de las variaciones en la ganancia del amplificador, sino de la ganancia de la red de retroalimentación, lo que puede ser más estable y económico.

Amplificador Inversor

• Produce una señal de salida invertida respecto a la de entrada.
• Reduce la interferencia del ruido.
• Este circuito en lazo cerrado reduce el potencial máximo de ganancia del amplificador.
• Permite controlar y da estabilidad.
• Puede atenuar la señal
• Impedancia de entrada = R1.

Amplificador No Inversor

• Tiene una señal de entrada a amplificar que está conectada al terminal no inversor (+).
• Tiene una retroalimentación hacia la terminal inversora (-) a través de una resistencia.
• Impedancia de entrada infinita.
• No puede ser menor que 1 (ganancia unitaria).
• No puede atenuar la señal.
• La ganancia sera positiva
• Depende de la relación de R2 y R1.

Amplificador Seguidor de Tensión

• Tiene una señal de entrada a amplificar que está conectada al terminal no inversor (+).
• Tiene una retroalimentación hacia la terminal inversora (-) a través de un cable.
• Es una variante del amplificador NO INVERSOR

Amplificador Sumador

• Este amplificador aprovecha que la configuración del inversor puede manejar muchas entradas al mismo tiempo.
• Tiene una retroalimentación hacia la terminal inversora (-) a través de una resistencia.
• No hay posibilidad de interferencia de las señales porque las señales aplicadas están conectadas a través de las resistencias.
• Un extremo está conectado a las resistencias y el otro está conectado a tierra.

Amplificador Derivador

• En este amplificador, la tensión de salida es proporcional a la derivada de la señal de entrada V; y a la constante de tiempo (t =RC), generalmente igual a la unidad.

Amplificador Integrador

• Realiza la función matemática de la integración, es decir, la señal de salida es la integral de la señal de entrada.
• La tensión de salida es proporcional al área bajo la curva de entrada para cualquier instante.

Amplificador Diferencial

• Amplifica la diferencia entre dos voltajes de entrada.
• Si se desea ganancia unitaria, todas las resistencias deben ser iguales.
• El análisis de este circuito es esencialmente el mismo que el de un amplificador inversor, excepto que la entrada no inversora (+) tiene tensión en lugar de estar conectada directamente a tierra.
• V2 funciona como la entrada no inversora y V1 funciona como la entrada inversora del circuito amplificador final.