El Amplificador Operacional

Los primeros amplificadores operacionales fueron fabricados en los años 40’s usando tubos de vacío para llevar a cabo eléctricamente las operaciones matemáticas de suma, resta, multiplicación, división, derivación e integración, permitiendo así la solución eléctrica de ecuaciones diferenciales en las primeras computadoras analógicas.

Un amp-op es una fuente dependiente de voltaje controlada por un voltaje.

La fuente de voltaje A Vi aparece en las terminales de salida del amp-op, y el voltaje que lo controla Vi se aplica en las terminales de entrada.

Símbolo para el amp-op

Hay dos terminales de entrada y una sola terminal de salida.

Hay una terminal común o nodo llamado “tierra” que generalmente no se muestra explícitamente como una terminal del amp-op. El soporte metálico viene a ser el nodo a tierra.

La terminal marcada con el signo negativo es la terminal INVERSORA, y la terminal marcada con el signo positivo es la terminal NO INVERSORA

Aunque se puede aplicar una única señal de voltaje o fuente de voltaje directamente entre el par de terminales de entrada, puede obtenerse un mayor número de aplicaciones estableciendo un voltaje entre cada terminal de entrada y tierra.

V1 es el voltaje entre la terminal inversora y tierra.

V2 es el voltaje entre la terminal no inversora y tierra.

El voltaje de entrada Vi se amplifica muchísimo e invierte su polaridad entre la terminal de salida y tierra.

Una fuente dependiente de voltaje controlada por un voltaje, suministra un voltaje de salida igual a “A veces” la diferencia de los dos voltajes de la entrada.

El factor de amplificación o ganancia A varía entre 10⁴ y 10⁷ para diferentes amplificadores operacionales.

Un valor ordinario de A es 10⁵

Si V1 = 0 entonces V2 aparece amplificado, sin cambio de signo, entre la terminal de salida y tierra.

Si V2 = 0 entonces V1 aparece amplificado e invertido en la salida.

Ejemplo de un amp-op

El amplificador operacional viene en un chip de circuito integrado con 8 o 10 terminales para conectarse al circuito externo. El chip puede contener varios amp-ops.

Terminales adicionales permiten la aplicación de voltajes a los transistores para hacer ajustes externos para balancear y compensar el amp-op.

Los modelos más exactos de un amp-op incluyen una resistencia de salida Ro, en serie con la fuente dependiente.

La resistencia Ri entre los terminales de entrada es tan grande que se puede representar como un circuito abierto.

Generalmente hay varios elementos conectados en serie o en paralelo con la entrada o la salida, o entre la entrada y la salida del amp-op.

El seguidor de voltaje

Se considera una resistencia de entrada Ri infinita, es decir un circuito abierto.

Se considera una resistencia de salida Ro muy baja, es decir un cortocircuito.

Se conecta una única señal de entrada Vs entre la entrada no inversora V2 y tierra, tal que

Se conecta un cortocircuito entre la entrada inversora V1 y la salida Vo, tal que

No hay corriente en ninguna parte del circuito. Por tanto, la LCK no da información adicional.

No hay resistencias en el circuito. Por tanto la Ley de Ohm tampoco puede aplicarse.

Aplicamos LVK para hallar una relación entre Vo y Vs:

Es decir, para todos los efectos prácticos

y el voltaje de salida Vo SIGUE al voltaje de entrada Vs.

Se dice que este es un amplificador de GANANCIA UNITARIA, porque

La ventaja es que la entrada requiere corriente y potencia despreciables de la fuente. Veámoslo:

Además, la salida puede suministrar corrientes (10 a 20 mA) y potencias (100 a 500 mW) considerables a una carga conectada entre los terminales de la salida.

La carga tiene poco efecto sobre la fuente, y por esto es que el seguidor de voltaje también se conoce como AMPLIFICADOR DE AISLAMIENTO O SEPARADOR.