1) AMPLIFICADORES LINEALES
Para poder utiliza un amplificador operacional como un amplificador lineal es decir, la salida es una copia de la entrada pero amplificada, deberemos hacer una realimentación de la salida en la entrada invertida del op-amp. Dependiendo de cómo se haga esa realimentación de la señal de salida, se crearán distintos amplificador lineales con diferentes características.
Para esta explicación, emplearemos un divisor de tensión o voltaje, a fin de tomar solo una muestra de la señal de salida que llevaremos a la entrada invertida.
Con esta configuración hacemos un AMPLIFICADOR LINEAL NO INVERSOR.
Al hacer la realimentación, se establece lo que se denomina "Ganancia de lazo". Esta ganancia, que hemos marcado como G', viene dada por la siguiente ecuación:
G' = (R1/R2) + 1
y se de debe diseñar para que sea mucho menor que G, la ganancia del amplificador
En estas condiciones, la resistencia de entrada de todo el amplificador se ve modificada y valdrá:
Ri' = Ri * (G/G')
y la de salida será:
Ro' = Ro * (G`/G)
Fíjense como la resistencia de entrada se incrementa mucho con el lazo de realimentación mientras que la de salida se disminuye significativamente. En la práctica se alcanzan valores de Ri mayores a 1M Ohm y de salida Ro menores a 1 Ohm (muy pequeña).
Resumiendo las características de este amplificador tenemos que:
1) La señal de salida está en fase con la de la entrada.
2) La ganancia de lazo depende únicamente de R1 y R2
3) La resistencia de entrada es muy grande
4) La resistencia de salida es muy baja
5) Su utilización típica es en amplificador de audio y circuitos de medición.
6) Sirve como "aislador" de señales espurias conectadas a él, eliminándolas por la realimentación.
7) La realimentación elimina los efectos negativos que pudieran aparecer entre la entrada y la salida del amplificador.
Como ejemplo del punto 7, si una resistencia se conecta en serie con la salida del amplificador lineal no inversor, ella aumentará la resistencia de salida de éste en forma aditiva. Si esto no es deseado, la resistencia en serie se puede colocar dentro del lazo de realimentación reduciendo su efecto aditivo a la salida:
¿Se acuerdan de lo que hablamos sobre los pushpull al comienzo del minitutorial?. Ese tipo de circuitos también se utilizan para aumentar el suministro de corriente en los circuitos.
Si quisiéramos aumentar la corriente a la salida de nuestro amplificador, podríamos hacer algo como esto:
El problema es que este tipo de circuito produce distorsión a la señal de salida.
Una vez más, introduciendo el push-pull dentro del bucle de realimentación, reducimos y prácticamente eliminamos esa distorsión:
2) SEGUIDORES DE VOLTAJE
¿Qué pasaría si elimináramos las resistencias del divisor de tensión en el amplificador lineal y mantuviéramos el bucle de realimentación?
Como R1 la hemos sustituido por un cable y R2 la eliminamos, R1=0 y R2=infinito.
y si vemos las ecuaciones del amplificador lineal veríamos que:
G' = 1
Ri' = G * Ri
Ro' = Ro / G
La ganancia de lazo de este amplificador es 1, y es la mínima que puede tener un amplificador lineal. Que tenga una ganancia de lazo igual a 1 implica que la señal a la entrada es exactamente igual a la de salida. A este circuito se le llama amplificador de ganancia 1 o seguidor de voltaje.
Resumiendo las características de este amplificador tenemos que:
8) La señal de salida está en fase con la de la entrada.
9) La ganancia de lazo es 1
10) La resistencia de entrada es grandísima
11) La resistencia de salida es bajísima
12) Su utilización típica es en acopladores de impedancia, amplificador de audio y circuitos de medición.
3) AMPLIFICADOR LINEAL INVERSOR
Este tipo de amplificador funciona de manera similar a los no inversores, pero a la salida se obtiene una señal que está desfada en 180º respecto a la de entrada.
La ganancia de lazo y resistencias de entrada y salida de estos amplificador inversores vienen dados por las siguientes ecuaciones.
G' = R1 / R2
Ri' = R2
Ro' = Ro * (1+G')/G
4) AMPLIFICADOR SUMADOR
Este amplificador suma las señales de entrada desde R1 hasta Rn y luego son amplificadas. Si V1, V2, V3…. Vn son las señales de entrada, entonces la señal de salida Vo viene dada por:
Vo = 1/Rf * (V1*R1 + V2*R2 + V3*R3 + …..Vn*Rn)
Estas son algunas de las aplicaciones básicas que se pueden realizar con un amplificador operacional. Así como éstas, podemos hacer otros circuitos básicos como Rectificadores, Cambiadores de Fase, Rectificadores de Señales, Osciladores Astables, Schmitt Triggers y muchas otras más.
Un aspecto importante de los amplificador operacionales que no se trata en este minitutorial, es su respuesta en frecuencia. El ancho de banda operativo de los op-amp no es infinito y depende de su diseño de fábrica, por lo que para desarrollar las aplicaciones deberemos echar mano de las "datasheet" del fabricante para observar estos parámetros. Es necesario entonces que investiguen referente a esto pues es parte fundamental de los diseño que incluyen estos componentes.
Al igual que para el offset existen pines disponibles para realizar su ajuste, algunos componentes también suministran pines adicionales para realizar una compensación de respuesta en frecuencia de forma externa, por medio de circuitos RC conectados a ellos a fin de aumentar su ancho de banda.
Hay mucho más que investigar respecto a los amplificador operacionales, pero conociendo los fundamentos y sus configuraciones básicas, podremos más o menos intuir la función que están realizando estos dispositivos al observar esquemáticos complejos que los incluyen.
Espero que este minitutorial de amplificador operacionales, les sirva de guia básica y los motive a seguir investigando sobre éstos y otras cosas apasionantes de la electrónica.
Nombre :Alexander Sayago
C.I:16.232.455
Seccion 1 Materia: Estado Solido
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