6.2. El amplificador operacional
El amplificador operacional (AO) es un circuito amplificador de
ganancia muy elevada, que está basado en una serie de etapas con
transistores integradas en un mismo encapsulado.
Su nombre se deriva de la época en la que se usaban como circuitos de cálculo analógico, anterior al desarrollo de las técnicas digitales. El AO podía operar con valores de tensión analógicos para dar lugar a operaciones de cálculo.
- Circuitos para el procesamiento de señales analógicas: amplificación, filtrado, comparadores, etc.
- Circuitos osciladores y temporizadores.
El AO más común es conocido como 741. Su símbolo viene indicado en la imagen:
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Imagen 37: Símbolo de un amplificador operacional. |
En un AO se distinguen las siguientes conexiones:
- V+: es la entrada no inversora.
- V-: es la entrada inversora.
- Vout: aquí obtenemos la tensión de salida.
- Vs+: es la alimentación positiva.
- Vs-: es la alimentación negativa.
Estos dispositivos necesitan para su funcionamiento ser alimentados con dos tensiones, por lo que hacen necesario que la fuente de alimentación sea simétrica.
La identificación de las patillas según los encapsulados es la siguiente:
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Imagen 38: AO 741 encapsulado MINI-DIP. |
Imagen 39: AO 741 encapsulado metálico. |
Existen otros tipos de encapsulados, pero su estudio queda fuera de los objetivos pretendidos con este tema.
Antes de continuar con el funcionamiento del AO vamos a mostrar los componentes internos que lo forman y la complejidad del mismo, quedando patente por qué se le denomina circuito integrado.
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Imagen 40: Diagrama electrónico del AO 741. |
La realimentación negativa de un AO tiene unas consecuencias que deben ser tenidas en cuenta, entre ellas la más importante es que la ganancia del AO solo va a depender de las características de los elementos conectados al AO y por lo tanto la tensión de salida no será el producto de la ganancia del AO por la diferencia de tensiones entra la entrada no inversora y la entrada inversora. Esto implicará por lo tanto que la realimentación negativa hará que V+=V- .
Existen muchas etapas que se pueden montar con un AO, por ejemplo: comparador diferencial, amplificador, sumador, restador, etc; pero aquí solo comentaremos la etapa amplificadora.
- Amplificador no inversor: puesto que la realimentación será negativa, esto supone que V+=V-
Imagen 41: AO 741 en etapa No Inversora. |
Desarrollando algunas ecuaciones tendremos:
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Sustituyendo e igualando obtendremos:
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Siendo V0 la tensión de salida y Vi la tensión de entrada. Si representáramos en una gráfica ambas señales tendríamos:
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Imagen 42: Onda amplificada en etapa no inversora. |
- Amplificador inversor: al igual que en el caso anterior, al ser la realimentación negativa esto supone que V+=V-
Imagen 43: AO 741 en etapa inversora. |
Si desarrollamos las ecuaciones del circuito tendremos:
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Y si igualamos y sustituimos tendremos:
Por último, la representación gráfica de las señales será:
Imagen 44: Onda amplificada en etapa inversora. |