Operacionales

Operacionales

1. Un amplificador operacional, a menudo conocido op-amp por sus siglas en inglés (operational amplifier), es un dispositivo amplificador electrónico de alta ganancia acoplado en corriente continua que tiene dos entradas y una salida. En esta configuración, la salida del dispositivo es, generalmente, de cientos de miles de veces mayor que la diferencia de potencial entre sus entradas

   • Principio de operación Los diseños varían entre cada fabricante y cada producto, pero todos los amplificadores operacionales tienen básicamente la misma estructura interna, que consiste en tres etapas: Amplificador diferencial: es la etapa de entrada que proporciona una baja amplificación del ruido y gran impedancia de entrada. Suelen tener una salida diferencial. Amplificador de tensión: proporciona ganancia de tensión. Amplificador de salida: proporciona la capacidad de suministrar la corriente necesaria, tiene una baja impedancia de salida y, usualmente, protección frente a cortocircuitos. Este también proporciona una ganancia adicional.1
   • Parámetros de los amplificadores operacionales Impedancia de entrada (Zi): Es la resistencia entre las entradas del amplificador. Impedancia de salida (Zo): Es la resistencia que se observa a la salida del amplificador. Ganancia en lazo abierto (AOL): Indica la ganancia de tensión en ausencia de realimentación. Se puede expresar en unidades naturales (V/V, V/mV) o logarítmicas (dB). Son valores habituales de 100.000 a 1.000.000 V/V. Algunos fabricantes denominan a este parámetro Large-signal differential voltage amplification (Amplificación de tensión diferencial para gran señal). Tensión en modo común (Vcm): Es el valor promedio de tensión aplicada a ambas entradas del amplificador operacional. Tensión de desequilibrio (offset) de entrada (VIO): Es la diferencia de tensión, entre las entradas de un amplificador operacional que hace que su salida sea cero voltios. Corriente de desequilibrio de entrada (IIO): Es la diferencia de corriente entre las dos entradas del amplificador operacio
   • Características del amplificador operacional Amplificador operacional ideal Infinita ganancia en lazo abierto AOL Infinita resistencia de entrada, RIN Corriente de entrada cero. Tensión de desequilibrio de entrada cero. Infinito rango de tensión disponible en la salida. Infinito ancho de banda con desplazamiento de fase cero. Rapidez de variación de tensión infinita. Resistencia de salida ROUT cero. Ruido cero. Infinito rechazo de modo común (CMRR) Infinito Factor de Rechazo a Fuente de Alimentación (PSRR). Estas características se pueden resumir en dos "reglas de oro": En el lazo cerrado la salida intenta hacer lo necesario para hacer cero la diferencia de tensión entre las entradas. Las corrientes de entrada al dispositivo son cero. Amplificador operacional real El amplificador real difiere del ideal en varios aspectos: Ganancia en lazo abierto, para corriente continua, desde 100.000 hasta más de 1.000.000. Resistencia de entrada finita, desde 0,3 MΩ en adelante. Resistencia de sal
   • Descripción Interna del OPAM, Los emisores de los transistores del par diferencial deben estar pilotados por una fuente de corriente constante. De esta forma, el factor de rechazo en modo común CMRR será elevado. Los sucesivos pasos quedan garantizados por la etapa anterior. Las resistencias de carga del colector deben estar equilibradas y ser de magnitud reducida. Esto contribuye al equilibrio de la etapa diferencial, minimizando la tensión de offset. Las capacidades parásitas introducidas por el par diferencial deben ser de magnitud despreciable. De verificarse esta condición, el amplificador operacional podrá funcionar a frecuencias muy bajas. Una capacidad interna elevada desplazaría la frecuencia de corte inferior disminuyendo, en consecuencia, el ancho de banda B. Otra condición indispensable para el funcionamiento del A.O. en una amplia gama de frecuencias es que los transistores del par activo estén caracterizados por una elevada frecuencia de transición.
   • Etapa intermedia o cambiadores de nivel Esta zona intermedia tiene como misión equilibrar la simetría de ambas ramas diferenciales como se puede observar en la figura 4, actuando sobre el potenciómetro P modifica el nivel de señal transferida del colector del T1 a la base del T3. El circuito que normalmente adoptan los fabricantes es un montaje de entrada diferencial y con salida simple según podemos observar en la fig 4 En este circuito los transistores T1 y T2 igual que las resistencias R1 y R2, R3 y R4 son idénticos dos a dos para mantener equilibrado el circuito.
   • Etapa de salida La zona de salida está compuesta por una o varias etapas cuya función consiste en realizar la adecuada transformación de impedancias con el fin de lograr una mínima impedancia de salida. Para este cometido pueden utilizarse diversos pasos de tipo convencional, desde una simple etapa de seguidor de emisor, hasta etapas de potencia más o menos elaboradas. En cualquiera de los casos mencionados anteriormente deben observarse las condiciones siguientes: La impedancia de entrada de la etapa de salida debe de ser sustancial- mente más elevada que la impedancia de salida de la etapa anterior. La impedancia de salida de la última etapa (Zo del A.O.) debe ser la mínima, o al menos de magnitud notablemente inferior a la impedancia de carga.