El Amplificador Operacional IV: La dura realidad

Hasta ahora siempre que hemos hablado de los amplificadores operacionales (AO) y nos hemos referido a muchas de sus características como ideales, en el caso de la resistencia de salida, por ejemplo, decíamos que era 0, pero si la medimos en la realidad encontramos que oscila entre 1 y 100 ohmios. Un componente real siempre tiene limitaciones que lo alejan de ser ideal, su calidad y precio variarán en función de cuanto mas ideales sean, en este tutorial veremos las limitaciones mas comunes que nos encontramos en los AO y que debemos tener en cuenta a la hora de su diseño.

Resistencia de entrada

El primer parámetro del que hablaremos es la resistencia de entrada, que idealmente suponíamos infinita. Si miramos el datasheet del UA741 podemos ver su valor en la sección electrical characteristics:

Captura

El hecho de que la resistencia de entrada no sea infinita supone, que como supusimos en turoriales anteriores,en los análisis por el método de nudos, despreciábamos la corriente de entrada al AO por las patillas inversora y no inversora, pero, si en una configuración introducimos una o más resistencia de elevado valor (1MΩ)  tendremos lo que se denomina polarización de la entrada: La intensidad que circula por una de las entradas del AO no es despreciable como habíamos supuesto y por tanto el resultado de la salida no será el deseado.

En AO instrumentales o de audio podremos ver que sus resistencias de entrada pueden llegar a ser de hasta 1TΩ, también podremos comprobar que tienen precios mayores, un ejemplo sería el LF411 .

Ganancia

Como dijimos en el primer capitulo los AO son dispositivos de alta ganancia y esta como hemos podido ver en los sucesivos tutoriales puede ser modificada a través de resistencias con la realimentación negativa, a valores mas pequeños como pueden ser 1 o 50, esto es valido para señales continuas, sin embargo, en señales alternas tenemos una limitación en la ganancia determinada por la frecuencia que tenga la señal, este parámetro se denomina, ganancia por ancho de banda (GBP) y lo podemos encontrar también fácilmente en el datasheet en el apartado de electrical characteristics:

Captura

El significado de esta cifra, en este caso 1 MHz, es el resultado del producto de la ganancia del sistema con la frecuencia máxima a la que puede amplificar, es decir, si nuestro sistema tiene una ganancia de 50 no podremos introducir una señal de frecuencia superior a 20 KHz (Este valor el resultado de dividir la GBP por la ganancia del sistema ) ya que el sistema comenzará a perder ganancia.

El AO LF411  cuenta con una GBP de 4MHz.



Slew-rate

El sleew-rate (SR) da el valor de la mayor variación de voltaje que puede producir un AO por unidad de tiempo en su salida. En aplicaciones con frecuencias significativamente altas es muy importante tener en cuenta el valor de este parámetro ya que puede producir la perdida de la forma de la señal (distorsión), como se ve en la siguiente imagen:

Captura

Como se aprecia en la imagen hemos introducir una señal sinusoidal de alta frecuencia, y en la salida hemos obtenido una señal triangular debido al slew-rate, una vez que el ritmo de crecimiento de la sinusoide ha superado al SR el incremento de la salida se mantiene constante tomando forma de linea y  perdiendo la forma inicial de la señal. El SR típico del UA741 es de 0.5v por micro segundo, por otro lado, el del LF411 es de 15 voltios por micro segundo, notablemente mas alto ya que es para aplicaciones de alta velocidad.

 

 

Voltaje de offset

Se denomina voltaje de offset al voltaje que aparece en la salida del AO cuando la diferencia de voltaje en las entradas es nula, esto es debido a la arquitectura interna del integrado. Todos los AO tienen un offset irremediablemente, la elección de un AO con poco offset supone un incremento muy notable en el precio del componente. Así pues el UA741 tiene un offset de 1mV típico pero este puede llegar a ser hasta de 5 mV y el LF411 0.8mV típico. Al igual que tenemos un voltaje parásito encontramos un intensidad parásita, la corriente de offset, que se forma entre la entrada inversora y la no inversora.

Margen de voltaje

Idealmente siempre suponemos que el voltaje máximo de salida del AO es el de alimentación, pero en la realidad esto no es así, la salida del amplificador nunca llega +Vcc o -Vcc,  suele estar entorno al 90% de la alimnetación. En la actualidad se ha solventado este problema con los AO rail to rail capaces de dar en su salida +Vcc  y -Vcc.

 

Con esto hemos enumerado algunas de las cualidades que debemos tener en cuenta la hora de trabajar con AO. En el próximo capitulo definiremos algunas mas como puede ser el CMRR (Factor de rechazo en modo común) y analizaremos el AO instrumental. Esto es todo hasta la próxima.

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