El Amplificador Operacional, también llamado OpAmp, o Op-Amp es un circuito integrado fundamental en el diseño electrónico. Uno de los primeros y más famosos amplificadores operacionales fue el circuito integrado 741, que contiene un único OPAMP. Los amplificadores operacionales son dispositivos compactos activos y lineales de alta ganancia, diseñados para proporcionar la función de transferencia deseada. Su principal función es amplificar el voltaje con una entrada de tipo diferencial para tener una salida amplificada y con referencia a tierra.
Fundamentos y Símbolos
El diagrama o símbolo de un amplificador operacional incluye al conjunto de 2 entradas y una salida. Un Op-Amp tiene una entrada positiva y una negativa. El amplificador sólo responde a la diferencia de tensión entre los dos terminales de entrada, no a su potencial común. Se caracteriza especialmente por que su respuesta en frecuencia, cambio de fase y alta ganancia se determina por la realimentación introducida externamente. Por su concepción, presenta una alta impedancia de entrada y muy baja de salida.
Configuraciones Básicas del Amplificador Operacional
Existen distintas configuraciones, por ejemplo, inversor, no-inversor, amplificador o sumador, entre otras. A continuación, se resumen algunas de sus funciones:
- Inversor: La señal de entrada se amplifica por un factor -R2/R1.
- No inversor: Amplifica la señal de entrada con una ganancia de 1 + (R2/R1).
- Seguidor de tensión: La ganancia es 1 y el voltaje de salida sigue directamente al de entrada.
- Integrador: Integra la señal de entrada en el tiempo gracias al uso de un capacitor.
Comparador y Lazo Abierto
La configuración del amplificador operacional en lazo abierto es una de las más usadas, donde la ganancia está ajustada a un valor muy alto. Una de las aplicaciones más recurrentes de esta configuración es como comparador. En esta forma, si la entrada positiva supera en voltaje a la entrada negativa, la salida se va a su voltaje de saturación. Esta configuración es muy útil ya que no depende de un sistema inteligente como un microcontrolador.
Modo Diferencial y Sumador
El circuito comúnmente más utilizado es el circuito de ganancia constante. La señal de salida será proporcional a la diferencia entre las entradas y estará en fase con las señales aplicadas. El sumador inversor es una aplicación práctica de la característica de tierra virtual en el nudo suma, en la entrada V(-) del amplificador inversor. La parte más interesante de esta configuración es el hecho de que la mezcla de señales lineales de entrada no produce interacción entre las entradas, puesto que todas las fuentes de señal alimentan el punto de tierra virtual.
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Consideraciones Prácticas y Modelado
Es importante para el diseñador de circuitos comprender las diferencias entre los amplificadores operacionales reales y los ideales. En un amplificador operacional ideal, la ganancia es infinita. Sin embargo, cuando el operacional es real, su ganancia es finita y disminuye a medida que aumenta la frecuencia.
Tabla de Parámetros Típicos (Referencia 741)
| Parámetro | Descripción |
|---|---|
| Ganancia (AOL) | ~20,000 a 200,000 |
| Vio (Voltaje offset) | ~2 mV |
| I Parcialidad | ~2 μA |
| CMRR | 80 a 100 dB |
La corriente de polarización de entrada es otro factor a considerar. Es importante que tanto los terminales de inversión como los de no inversión tengan un camino de DC a tierra para reducir los efectos de esta corriente. Finalmente, la relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR) es una medida de la capacidad del Op-Amp para ignorar los cambios en el voltaje de la fuente de alimentación.
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