Amplificador operacional básico

1. Amplificador operacional básico • El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador de CC, con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta. • Sus características de operación se determinan por los elementos de realimentación(conexión directa entre la salida y la entrada) que se utilizan. Cambiando la forma y disposición de dichos elementos, se pueden implementar diferentes operaciones analógicas, y las características globales del circuito se determinan sólo por estos elementos de realimentación. • Permite realizar operaciones, que antiguamente se realizaban con muchos componentes discretos, ahora con uno sólo: EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL.

2. Símbolo esquemático Una herramienta adicional básica del AO es su símbolo característico:

3. El amplificador operacional ideal El amplificador operacional se puede pensar como una caja, con sus terminales de entrada y salida, ignorando qué hay dentro de dicha caja. Se muestra un amplificador idealizado como 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, y no a su potencial común.

4. El amplificador operacional ideal Laspropiedades del amplificador idealson: • La ganancia de tensión es infinita: • La resistencia de entrada es infinita: • La resistencia de salida es cero: • El ancho de banda es infinito: • La tensión de “offset” de entrada es cero :

5. El amplificador operacional ideal A partir de estas características del AO ideal, se pueden deducir dos propiedades adicionales: • Como la ganancia en tensión es infinita, cualquier señal de salida que se desarrolle será el resultado de una señal de entrada infinitesimalmente pequeña, y latensión de entrada diferencial es nula. • Si la resistencia de entrada es infinita,no existe flujo de corriente en ninguno de los terminales de entrada. Estas dos propiedades pueden considerarse comoaxiomas del AO. Con ellas se puede deducir el funcionamiento de casi todos los circuitos con amplificadores operacionales.

6. Circuitos con AO’s Comentarios preliminares Los amplificadores operacionales se pueden conectar según dos circuitos amplificadores básicos: las configuraciones... • Inversora y • No-inversora. En general, todos los circuitos con AO son variaciones estrechamente relacionadas de estas dos configuraciones, más otro circuito básico que resulta de una combinación de los dos primeros: elamplificador diferencial con AO.

7. El amplificador inversor La primera configuración básica del AO es elamplificador inversor: En este circuito,la entrada (+) está conectada a masa, yla señal se aplica a la entrada (-)a través deR1, con realimentación desde la salida a través deR2.

8. El amplificador inversor Aplicando las propiedades del AO ideal, las características más distintivas de este circuito se pueden destacar como sigue: • Como el amplificador tiene ganancia infinita, desarrollará su tensión de salida,V0, con tensión de entrada “nula”. • Ya que la entrada diferencial del AO es: • SiVd = 0, toda la tensión de entradaVideberá aparecer enR1, obteniendo una corriente enR1: • ComoVnestá a un potencial cero, se dice que es un punto detierra virtual.

9. El amplificador inversor Toda la corrienteIque circula porR1pasará porR2, puesto que no se derivará ninguna corriente hacia la entrada del operacional (impedancia infinita). Por lo tanto: Teniendo en cuenta que la corriente por el circuito es la misma, resulta entonces: La ganancia del amplificador inversor será:

10. El amplificador inversor Este punto se le denominatierra virtual, ya que siempre tendrá el mismo potencial que en la entrada (+). Como en él se “suman” las señales de salida y entrada, también se lo conoce comonodo suma. Esta última característica conduce al tercer axioma básico de los amplificadores operacionales, el cual se aplica a la operación en bucle (o lazo) cerrado: En lazo cerrado, la entrada (-) se iguala al potencial de la entrada (+) (o de referencia). Esta tensión puede ser masa (como en la figura anterior), o cualquier otro potencial que se desee.

11. El amplificador no-inversor En este circuito, la tensiónVise aplica a la entrada (+), y una fracción de la señal de salidaVo, se aplica a la entrada (-) a través del divisor de tensiónR1 - R2. Puesto que no fluye corriente de entrada en ningún terminal de entrada, y ya queVd = 0, la tensión enR1será igual aVi:

12. Circuitos con AO’s El amplificador no-inversor Como : se tiene que: Por lo tanto, en términos de ganancia, la ecuación caracterís-tica para el AO no inversor ideal vendrá dada por:

13. Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor El amplificador diferencial Una configuración importante con AO es la que se conoce comoamplificador diferencial, que no es más que una combinación de las dos configuraciones principales. Este circuito tiene señales aplicadas en ambos terminales de entrada, tal como se muestra en la siguiente figura:

14. Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor El amplificador diferencial Para comprender cómo funciona el circuito, primero se ana-lizarán las dos señales de entrada por separado, y después, en forma combinada. Como siempre,Vd = 0, y lacorriente de entrada en los termi-nales es cero. Por lo tanto: donde la tensión en el terminal positivo será:

15. Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor El amplificador diferencial Aplicando elprincipio de superposición, la tensión de salida se puede considerar como la suma de los efectos producidos por ambas señales en forma individual, haciendo una cero cuando se considera la otra. Por lo tanto, llamandoV01a la tensión a la salida debida aV1, y teniendo en cuenta queV2=0y queV(-)=V(+), se tiene:

16. Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor El amplificador diferencial La tensión de salida debida aV2, suponiendoV1=0(y consi-derando la ecuación de la ganancia para el circuito inversor), valdrá: Aplicando el teorema de superposición, la tensión de salidaV0 = V01 + V02.Haciendo queR3=R1yR4 =R2, se tendrá que:

17. Configuraciones basadas en los circuitos inversor y no inversor El amplificador diferencial En términos de ganancia: es laganancia del AO para señales en modo diferencial. V1se dividirá entreR1yR2, apareciendo una tensiónV(+)menor enR2. Debido a la ganancia infinita del amplificador, y a la tensión de entrada diferencial cero, esta tensión será igual aV(-)en el nodo suma ( terminal (-) ).

18. FIN Ahora el control