Un amplificador operacional o op amp es un amplificador de voltaje acoplado a la DC con una ganancia de voltaje muy alta.
El amplificador de operaciones es básicamente un amplificador multietapa en el que varias etapas de amplificación están interconectadas entre sí de una manera muy complicada. Su circuito interno consiste en muchos transistores, FETs y resistencias. Todo esto ocupa muy poco espacio.
Por lo tanto, está empaquetado en un pequeño paquete y está disponible en el Circuito Integrado (IC). El término Amplificador de operaciones se utiliza para denotar un amplificador que puede ser configurado para realizar diversas operaciones como la amplificación, la sustracción, la diferenciación, la adición, la integración, etc. Un ejemplo es el muy popular IC 741.
El símbolo y su aparición real en el IC se muestra a continuación. El símbolo aparece como una punta de flecha que significa que la señal fluye de la salida a la entrada.
Terminales de entrada y salida de un amplificador operacional
Un amplificador tiene dos terminales de entrada y uno de salida. El amplificador operacional también tiene dos terminales de suministro de voltaje como se ve arriba. Dos terminales de entrada forman la entrada diferencial. Llamamos al terminal marcado con el signo negativo (-) como terminal de inversión y al terminal marcado con el signo positivo (+) como terminal no inversor de la amplificador operacional. Si aplicamos una señal de entrada en el terminal de inversión (-) que la señal de salida amplificada es 180o fuera de fase en lo que respecta a la señal de entrada aplicada. Si aplicamos una señal de entrada al terminal no inversor (+), la señal de salida obtenida estará en fase, es decir, no tendrá ningún desfase respecto a la señal de entrada.
Fuente de alimentación para un amplificador operacional
Como se ve en el símbolo del circuito de arriba, tiene dos terminales de alimentación de entrada +VCC y VCC. Para el funcionamiento de un amplificador óptico es esencial un suministro de corriente continua de doble polaridad. En el suministro de doble polaridad, conectamos el +VCC a la alimentación positiva de DC y la VCC terminal al suministro de DC negativo. Sin embargo, pocos op-amps pueden funcionar con un suministro de una sola polaridad. Tenga en cuenta que no hay un terminal de tierra común en los amplificadores operacionales, por lo que la tierra tiene que ser establecida externamente.
Principio de funcionamiento del Op-Amp
Operación en bucle abierto de un amplificador operacional
Como se ha dicho antes, un amplificador tiene una entrada diferencial y una salida de un solo extremo. Por lo tanto, si aplicamos dos señales, una en el terminal de inversión y otra en el terminal no de inversión, un op-amp ideal amplificará la diferencia entre las dos señales de entrada aplicadas. Llamamos a esta diferencia entre dos señales de entrada como el voltaje de entrada diferencial. La siguiente ecuación da la salida de un amplificador operacional.
¿Dónde, VFUERA es el voltaje en el terminal de salida del amplificador operativo. AOL es la ganancia de bucle abierto para el op-amp dado y es constante (idealmente). Para el IC 741 AOL es 2 x 105.
V1 es el voltaje en el terminal no inversor.
V2 es el voltaje en el terminal de inversión.
(V1 V2) es el voltaje de entrada diferencial.
De la ecuación anterior se desprende claramente que la salida será distinta de cero si y sólo si el voltaje de entrada diferencial es distinto de cero (V1 y V2 no son iguales), y será cero si ambos V1 y V2 son iguales. Tengan en cuenta que es una condición ideal, prácticamente hay pequeños desequilibrios en el op-amp. La ganancia de bucle abierto de un amplificador operacional es muy alta. Por lo tanto, un amplificador operacional de lazo abierto amplifica un pequeño voltaje de entrada diferencial aplicado a un valor enorme.
También es cierto que si aplicamos un pequeño voltaje diferencial de entrada, el amplificador operacional lo amplifica hasta un valor considerable, pero este valor significativo a la salida no puede ir más allá del voltaje de suministro del amplificador operacional. Por lo tanto, no viola la ley de conservación de la energía.
Operación de circuito cerrado
El funcionamiento del amplificador operacional antes explicado era en bucle abierto, es decir, sin retroalimentación. Introducimos la retroalimentación en la configuración de bucle cerrado. Esta ruta de retroalimentación alimenta la señal de salida a la entrada. Por lo tanto, en las entradas, dos señales están presentes simultáneamente. Una de ellas es la señal original aplicada, y la otra es la señal de retroalimentación. La siguiente ecuación muestra la salida de un op-amp de bucle cerrado.
Donde VFUERA es el voltaje en el terminal de salida del amplificador operativo. ACL es la ganancia de bucle cerrado. El circuito de retroalimentación conectado al amplificador operacional determina la ganancia de bucle cerrado ACL. VD = (V1 V2) es el voltaje de entrada diferencial. Decimos que la retroalimentación es positiva si la ruta de retroalimentación alimenta la señal del terminal de salida de vuelta al terminal no inversor (+). La retroalimentación positiva se utiliza en osciladores. La retroalimentación es negativa si la ruta de retroalimentación alimenta la parte de la señal del terminal de salida de vuelta al terminal de inversión (-). Utilizamos la retroalimentación negativa a los amplificadores de operación utilizados como amplificadores. Cada tipo de retroalimentación, negativa o positiva, tiene sus ventajas y desventajas.
Oscilador de retroalimentación positiva
Amplificador de retroalimentación negativa
La explicación anterior es la más básica principio de funcionamiento de los amplificadores operacionales.
Características ideales del Op-Amp
Un op-amp ideal debe tener las siguientes características:
- Ganancia de voltaje infinita (para obtener la máxima salida)
- Resistencia de entrada infinita (Debido a esto casi cualquier fuente puede impulsarlo)
- Salida cero resistencia (Para que no haya cambios en la producción debido a cambios en la carga actual)
- Ancho de banda infinito
- Cero ruido
- Relación de rechazo de la fuente de alimentación cero (PSSR = 0)
- Infinita tasa de rechazo del modo común (CMMR = )
Amplificador operacional práctico
Ninguno de los parámetros arriba mencionados puede ser realizado en la práctica. Un op-amp práctico o real tiene algunas imperfecciones inevitables y por lo tanto sus características difieren de las ideales. Un amplificador real tendrá parámetros no nulos y no infinitos.
Aplicaciones del amplificador operacional
Los op-amps integrados ofrecen todas las ventajas de los ICs como alta fiabilidad, tamaño pequeño, barato, menor consumo de energía. Se utilizan en diversas aplicaciones como amplificador inversor y amplificadores no invertidos…la unidad gana amortiguador, amplificador sumador, diferenciador, integrador…sumador, amplificador de instrumentación, El oscilador del puente de VienaFiltros, etc.
