3. Antes de pasar a ver
aplicaciones de los
amplificadores, tarea de
selección
ciertamente complicada por
las enormes posibilidades de
los mismos, vamos a
tratar de exponer algunos
puntos claves en la
comprensión de estos
amplificadores, como son:
• Relación de rechazo de modo
común (RRMC).
• Tensión de offset.
• Compensación de las corrientes
de polarización.
• Concepto de tierra virtual.
4. Un amplificador operacional ideal debería
reunir las siguientes características:
a) Ganancia en lazo abierto
(A) infinita.
b) Ancho de banda infinito.
c) Impedancia de entrada
infinita.
d) Impedancia de salida
nula.
Tabla de características de valores.
Nota: Los valores reales dependen del modelo,
estos valores son genéricos y son una referencia.
Si van a usarse amplificadores operacionales, es
mejor consultar el datasheet o características del
fabricante.
Parámetro Valor ideal Valor real
Rin ∞ 10 TΩ
Rout 0 100 Ω
Bw ∞ 1 MHz
G ∞ 100.000
Ac 0
5. El amplificador operacional ideal goza
también de las siguientes características:
1. Impedancia de entrada infinita (Ren). El circuito de entrada
es un circuito abierto. Por tanto, no hay corriente en ningún
terminal de entrada, es decir, las corrientes de polarización son
nulas (I B +, I B - = 0).
2. Impedancia de salida nula (Ro = 0).
3. Ganancia diferencial de tensión es infinita (Av = ).
4. El margen dinámico VCC. No hay pérdida de tensión en la
salida por saturación de elementos.
6. 5. La Razón de rechazo en Modo común (CMRR) es infinita. Este término requiere una
explicación más amplia. Una característica significativa de una conexión diferencial es que
las señales que son opuestas en las entradas son altamente amplificadas, mientras que las
que son comunes a las dos entradas son apenas ligeramente amplificadas (la operación
global es amplificar la señal diferencial mientras que se rechaza la señal común a las dos
entradas). Puesto que el ruido (cualquier señal de entrada indeseable) es generalmente
común a ambas entradas, la conexión diferencial tiende a suministrar una atenuación de esta
entrada indeseable, mientras que proporciona una salida amplificada de la señal diferencial
aplicada a las entradas. Como medida de la capacidad de eliminación de las señales de
modo común (de ruido) se emplea el valor numérico conocido como Razón de rechazo en
Modo común (CMRR). En la Figura siguiente, se indica esquemáticamente el funcionamiento
en modo común del amplificador operacional.
7.
8. A las características básicas anteriormente
explicadas del amplificador operacional ideal
podemos añadir las siguientes:
6. El amplificador responde igualmente a todas las frecuencias
(el ancho de banda es infinito).
7. Tiempo de conmutación nulo. Es decir, la salida sigue a la
entrada, no existen transitorios debido a la velocidad finita que
presentan los transistores que hay en el operacional.
8. Para que la tensión de salida sea nula, los dos terminales de
entrada deben estar a la misma tensión.
9. Tensión de offset nula (tensión en la entrada para que la
salida sea nula).
9. Modelo ideal de los amplificadores operacionales.
El modelo contiene una fuente de tensión dependiente, cuya tensión depende de la
tensión de entrada.
La impedancia de salida se representa con una resistencia de valor Ro.
Esta excitado por dos tensiones de entrada V- y V+.
Las 2 terminales se conocen como entrada inversora y no inversora respectivamente.
15. Algunos tipos de Amplificadores operacionales:
AMPLIFICADOR INVERSOR
La configuración más sencilla es la inversora. Dada una señal analógica
(por ejemplo de audio) el amplificador inversor constituye el modo más
simple de amplificar o atenuar la señal (en el ejemplo propuesto modificar
el volumen de la señal).
Se comenzará por la configuración más adecuada para nuestros
propósitos: el modo amplificador inversor. Hemos afirmado anteriormente
que la impedancia de entrada del dispositivo es infinita, por lo cual no
circulará corriente en el interior del amplificador operacional y las
resistencias R1 y R2 estarán dispuestas en serie. Por encontrarse estas
resistencias dispuestas en serie la corriente que atravesará ambas será
la misma, podemos afirmar por tanto:
16. Algunos tipos de Amplificadores operacionales:
AMPLIFICADOR NO INVERSOR
Este circuito presenta como característica más destacable su capacidad para
mantener la fase de la señal. El análisis se realiza de forma análoga al anterior.
Se ha razonado que la diferencia de tensión en las patillas de entrada del
amplificador operacional ha de ser nula, por lo que la tensión presente en la patilla
inversora será la misma que la presente en la no-inversora. Por hallarse las
resistencias R1 y R2 en serie, la corriente que las atravesará será la misma y
conocida, ya que sabemos el valor de R1 y las tensiones en sus extremos (Vin y
0):
Resulta sencillo despejar de esta expresión la ganancia:
17. Algunos tipos de Amplificadores operacionales:
AMPLIFICADOR MEZCLADOR O SUMADOR
Esencialmente no es mas que un amplificador en configuración inversora. Difiere de este último en la red
resistiva empleada en sustitución de la resistencia R1 utilizada en el ejemplo de configuración inversora.
El desarrollo matemático es el mismo. Debido a la ganancia de tensión infinita del amplificador para que
la tensión de salida sea un número finito la tensión de entrada debe ser nula. Puesto que una de las
patillas (la no-inversora en este caso) se encuentra conectada a tierra a través de la resistencia Re, la
otra patilla (patilla inversora) debe presentar también este valor. Debido a la impedancia de entrada
infinita del amplificador, la suma de intensidades que atraviesen las resistencias R1,R2,...Rn será igual a
la intensidad que atraviese la resistencia Rs (según la primera ley de Kirchhoff). Por tanto podemos
afirmar que:
Despejando la tensión de salida:
Al llegar a este punto se debe particularizar la presente configuración para obtener un
sumador. Si se afirma la igualdad entre las resistencias R1=R2=...=Rn y además se hace
que este valor coincida con el de la resistencia Ro se obtiene una tensión de salida igual a
la suma algebraica de tensiones de entrada (con la correspondiente inversión de fase).
Nótese la importancia de esta particularización para la comprensión de los antiguos
calculadores analógicos:
