Amplificador operacional

Electricidad. Dispositivos lineales. Circuitos. Voltajes. Propiedades

  • Enviado por: Jddjgh
  • Idioma: castellano
  • País: República Dominicana República Dominicana
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INTRODUCCIÓN

El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de manejo de señal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante; tiene además limites de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificación también definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100 dB.

El A.O. es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, la cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo tierra (o el punto de referencia que se considere).

El nombre de amplificador operacional proviene de una de las utilidades básicas de este, como lo son realizar operaciones matemáticas en computadores análogos.

Definición de Amplificador Operacional

Amplificador operacional
Un “amp op” es un amplificador diferencial que puede ser modelado por el circuito de dos puertas que aparece en la siguiente figura (1). Lo que lo caracteriza como un amplificador operacional es su elevada ganancia de voltaje una A de 100000 o superior. Por lo tanto, sólo se requieren aproximadamente 50 V en vi para producir v0 = 5 V.

Figura No. 1

En la figura (2) aparece el símbolo correspondiente a un amplificador operacional. A diferencia del modelo, el amplificador operacional no está en realidad conectado a tierra. Sin embargo, sí está conectado a una fuente de voltaje positivo y negativo, estableciendo en efecto una “tierra” aproximadamente a mitad entre los suministros. Estos son típicamente de +15 V y -15 V, puro pueden ser de +5 V y -5V. Los terminales “más” y “menos” a la entrada del amplificador operacional indican la polaridad de vi que hace positivo a v0.

Figura No. 2

Las conexiones de la fuente de energía con frecuencia no aparecen en los símbolos de los amplificadores operacionales. Los voltajes exactos de funcionamiento no son importantes para la operación de los amplificadores operacionales, en tanto el voltaje de señal no exceda de los suministrados.

Un amplificador operacional ideal tendría ganancia infinita y ninguna corriente de entrada, y la salida v0 no sería afectada por ninguna carga. Estas propiedades pueden resumirse como

A = ", Rentr.= ", Rsal..= 0

Un “amp op” ideal tiene otras propiedades, tales como un ancho de banda infinito, un intervalo de voltajes infinito a la entrada y la salida. Pero la propiedad más importante para simplificar las ideas de diseño es A = ". En la práctica esto no puede lograrse, pero el análisis basado en un modelo con ganancia infinita conduce a un acuerdo excelente en cuanto a la actuación real en la mayoría de los casos.

El Amplificador Operacional ideal se caracteriza por:

  • Resistencia de entrada, (Ren), tiende a infinito.

  • Resistencia de salida, (Ro), tiende a cero.

  • Ganancia de tensión de lazo abierto, (A), tiende a infinito.

  • Ancho de banda (BW), tiende a infinito.

  • Vo = 0, cuando V+ = V-,

  • Ya que la resistencia de entrada, Ren, es infinita, la corriente en cada entrada, inversora y no inversora, es cero. Además el hecho de que la ganancia de lazo abierto sea infinita hace que la tensión entre las dos terminales sea cero, como es muestra a continuación:

    V+ - V- = Vo

    A

    V+ - V- = 0

    V+ = V-

    Configuración Básica de un Inversor según un Amplificador Operacional

    Un amplificador con ganancia infinita no es muy útil en si. La utilidad de los “amp op” procede de incluirlos en otros elementos que determinan la respuesta del circuito.

    En la figura (6) se utiliza un amplificador operacional junto con dos resistores para integrar un amplificador con ganancia -3.

    Figura No. 6

    En todas las aplicaciones lineales del “amp op” la salida ésta conectada de alguna forma al terminal “menos” de entrada, por conducto de R2 en este caso. Esto da como resultado una realimentación negativa.

    En estas condiciones el amplificador actúa logrando que el voltaje de entrada v1 se hace negativo, llevando al terminal “menos” ligeramente debajo de “tierra”. Entonces vi se hace positivo, volviendo a v0 también positivo; lo bastante positivo para elevar el terminal “menos” de forma que Vi es cero de nuevo. Debido a que la ganancia (ideal) es infinita, ni siquiera un pequeño voltaje puede mantenerse en Vi.

    Esto tiene la mayor importancia para comprender un circuito con amplificador operacional: el voltaje entre los dos terminales de entrada del amplificador es cero. Esto es un logro nada trivial porque se obtiene sin sacar ninguna corriente a la entrada del “amp op”. Por ejemplo, en el circuito de la figura (6) se podrían tener cero volts de tierra a la unión de R1 y R2, poniendo simplemente en corto y a tierra dicha junta. Pero esto sacaría corriente a través del corto, perturbándose así la operación del circuito. El amplificador operacional no toma corriente (idealmente) por sus terminales de entrada.

    La esencia de la operación del “amp op” se capta mediante un elemento imaginario llamado cortocircuito virtual. Este elemento tiene la propiedad de contar al mismo tiempo con cero volts a través del mismo y cero corriente a lo largo del mismo. (Véase figura 7).

    Figura No. 7

    CONCLUSION

    Una vez culminada la investigación podemos decir lo siguiente:

    Que un amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de manejo de señales normales o definidas por fabricantes. Que pueden ser manejadas por configuraciones básicas de un amplificador operacional. Y por medio de Operaciones lógicas básicas.

    Y que hoy en día su utilidad es indispensable, ya que es utilizado para la fabricación de productos eléctricos. Ya sean electrodomésticos, computadoras, televisores, lavadoras. Por que se emplean también en cada una de ellas para su diseño, las operaciones básicas lógicas. Y que sin ellas no tendríamos el avance tecnológico que tenemos hoy en día y que seguiremos disfrutando.

    BIBLIOGRAFÍA

    JOHNSON, HILBURN Y JOHNSON. “Análisis Básico de Circuitos

    Eléctricos” Editorial Prentice Hall Inc. Mexico. 1991.

    Mitsubishi Motors. “Nociones de Electricidad y Electronica”.

    NATIONAL SCHOOLS. “Electricidad y Refrigeración”.

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