El Amplificador Operacional I: El AO Ideal

Los Amplificadores Operacionales(AO) se han convertido en uno de los componentes electrónicos mas importantes de la actualidad. Como su nombre indica son amplificadores de alta ganancia que toman una medida, normalmente de tensión en sus entradas y en su salida da, el producto de esta por su ganancia, esto hace al AO idóneo para circuitos de comparación. Pero esto no termina aquí,el significado de  “Operacional”, es porque con sus múltiples configuraciones y controlando su elevada ganancia, se pueden hacer  todo tipo de operaciones: Sumar, integrar…  Otro uso que se les da, es la amplificación de pequeñas señales producidas por sensores, sin que estas estén influenciadas en gran medida por el ruido, dichos amplificadores operacionales son conocidos como de Instrumentación.

Para empezar veremos un esquema básico del AO, donde analizaremos el funcionamiento y utilidad de sus entradas y las características de su salida, de manera idealizada:

Captura

Esta sería la representación mas básica de un amplificador operacional, como podemos ver consta de dos entradas, a la que tiene el símbolo “-“ la llamaremos la entrada inversora y la que tiene el símbolo “+” la llamaremos entrada no inversora. Dichas entradas van conectadas en la primera fase del Amplificador Operacional, que hace una operación diferencial, es decir, el amplificador trabaja con la diferencia de voltaje de ambas entradas. En el exterior nosotros supondremos que la resistencia de entrada, entre ambos puntos es infinito. Dicha diferencia de voltaje será la que se multiplique por la ganancia, el producto será lo que obtengamos en la salida, supondremos que la resistencia de salida del AO será cero.

Como es de esperar a la imagen anterior debemos añadir la alimentación:

Captura

La segunda imagen es algo mas completa, en ella podemos ver que, como era de suponer, que el amplificador operacional necesita de alimentación, esta alimentación normalmente suele ser simétrica, es decir, si alimentamos +Vcc con 5v, alimentamos -Vcc con – 5V. Es frecuente ver también configuraciones alimentadas con una sola fuente, en tal caso -Vcc suele ser puesta a tierra.

Como es normal el voltaje de salida, no podrá exceder al voltaje de alimentación, deberá estar en el rango de [+Vcc, -Vcc].

Ahora pasaremos a ver la primera configuración en la que podemos encontrar el AO, denominada seguidor de tensiónya que es la configuración que mas se acerca al modelo ideal descrito:

Captura

Como podemos ver en dicha configuración tenemos una realimentación negativa, este concepto será explicado mas adelante, ahora simplemente debemos saber que la ganancia en esta configuración es 1, es decir, el voltaje en la salida es igual al voltaje de la entrada. Decimos que esta configuración es la mas idealizada porque al no tener resistencias exteriores utilizamos integramente las resistencias internas del AO, al ser la resistencia de entrada infinita y  resistencia de salida 0, esta  configuración es muy utilizada como adaptador de impedancia.

¿Qué es un adaptador de impedancia?

Como ya sabemos la fuentes de voltaje que utilizamos no son perfectas, estas tiene un resistencia de salida en serie. Si a dicha fuente le conectamos un circuito de pequeña impedancia, podemos encontrarnos con que una parte notable del voltaje de la fuente cae en su resistencia interna, esto es potencia que perdemos y que no aprovecha el circuito, cuando este tipo de situaciones se dan necesitamos de un adaptador de impedancia, utilizar un AO seguidor de tensión puede resultar un solución muy útil ya que con su elevada resistencia de entrada captara toda la energía y no se perderá en la resistencia de salida de la fuente, y  como su resistencia de salida es cero habremos solucionado el problema.

Otra utilidad de esta configuración es la de Buffertenemos en la salida el mismo voltaje que a la entrada pero con mas capacidad de potencia.

Con esto damos por finalizado el primer acercamiento a los AO, en el próximo tutorial nos meteremos de lleno en las configuraciones comparadoras y explicaremos conceptos muy importantes como son la realimentación negativa / realimentación positiva y lazo abierto / lazo cerrado.

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