El documento describe los amplificadores operacionales, incluyendo sus características ideales como resistencia de entrada infinita, ganancia infinita y salida cero cuando las entradas son iguales. Explica cómo se pueden usar los amplificadores operacionales para construir circuitos inversores, no inversores, sumadores e integradores. También proporciona ejemplos de parámetros de amplificadores operacionales comunes como el μA741 y HA2544.

1. 1
AMPLIFICADOR OPERACIONAL

2. 2
Introducción
• El Amplificador Operacional es un dispositivo lineal de
propósito general, que tiene capacidad de manejo de
señales de nivel continuo hasta señales de frecuencias
definidas por el fabricante.
• Tiene límites de señales de entrada que van desde el
orden de los nV, hasta unas docenas de voltio
(especificación también definida por el fabricante).
• Se caracterizan por tener una entrada diferencial y una
ganancia muy elevada, generalmente mayor que 105
equivalentes a 100dB.

3. 3
Entrada diferencial del amplificador operacional

4. 4
• Es un amplificador de alta ganancia (Ad) con acoplamiento
directo, que en general, se alimenta con fuentes positivas
y negativas, lo cual permite que tenga excursiones tanto
por arriba como por debajo de tierra (o el punto de
referencia que se considere).
• El nombre de Amplificador Operacional proviene de una
de las utilidades básicas de éste, como lo es realizar
operaciones matemáticas en computadores analógicos
(características operativas).

5. 5
• El Amplificador Operacional ideal se caracteriza por tener:
• Resistencia de entrada,(Ren o Rin), que tiende a
infinito.
• Resistencia de salida, (Ro), que tiende a cero.
• Ganancia de tensión de lazo abierto, (Ad), que tiende a
infinito
• Ancho de banda (BW) que tiende a infinito.
• Voltaje de salida, vo= 0 cuando v+ (voltaje de entrada
no inversor)= v- (voltaje de entrada inversor)

6. 6
Algunos ejemplos específicos de la aplicación de
amplificadores operacionales se encontrarán en estudios
posteriores relativos a:
• Filtros
• Multivibradores
• Osciladores
• Integradores y diferenciadores
• Circuitos sumadores
• Etc.

7. 7
La figura 2.1a, ilustra el símbolo del amplificador
operacional, en él se distingue el terminal de entrada no
inversor, va o v+, el terminal de entrada inversor, vb o v- , el
terminal de salida, vo, y la corriente de entrada, ii .
va
vb
vo
ii
Figura 2.1a

8. 8
La figura 2.1b, ilustra al amplificador operacional con sus
conexiones de alimentación.
Figura 2.1b
va
vb
vo
+
_
+
_
VPP
VPP
ii

9. 9
La figura 2.1c, ilustra al amplificador operacional como
amplificador diferencial ideal.
Figura 2.1c
AdVd
Rd
va
vb
+
_
ii
vo
vd

10. 10
La figura 2.1d, ilustra al amplificador operacional con mayor
idealización.
Figura 2.1d
AdVd
va
vb
+
_
vo
vd
Rd =∞

11. 11
Para simplicidad de los cálculos se asume que la ganancia
diferencial es infinita. Esta suposición impone dos
poderosas condiciones sobre las señales de entrada:
va = vb
ii = 0
Ec. 2.1
Ec. 2.2
A este par de ecuaciones se les denomina con frecuencia,
“suposición de ganancia infinita”.
El voltaje de salida bajo estas condiciones y considerando
realimentación negativa será:
vo= Ad (va – vb) Ec. 2.3

12. 12
La segunda consecuencia de la ganancia infinita tiene que
ver con la corriente de entrada ii :
d
b
a
d
d
i
R
v
v
R
v
i



Aunque Rd suele ser de valor grande que hace que ii sea
despreciable en relación a otras corrientes del circuito,
también es cierto que asumir que va=vb aunque Rd no sea
suficientemente grande supone de igual forma que ii se
aproxime a valores cercanos a cero. En algunos otros casos
se asume para efectuar análisis que Ad →∞.

13. 13
Amplificador Inversor
El análisis se hará respecto de la figura 2.2a.
vi
vo
i1
i2
R1
R2
Tierra Virtual Retroalimentación
Negativa
Figura 2.2a
Considere que los potenciales de v+=v- , por consiguiente se
considera que están a potencial de masa, es decir, cero
volt, a esto se denomina una tierra virtual.

14. 14
Para el análisis se asume que:
• la impedancia de entrada es infinita, luego i+=0 y i-=0,
• que la caída de tensión entre las entradas es cero y
• que la ganancia diferencial es infinita, v-=0 porque v+
está conectado a tierra o masa.
2
1
2
1 0 i
i
i
i 



2
2
1
1
0
0
R
v
i
R
v
i
o
i



 Ec. 2.4
Ec. 2.5

15. 15
1
2
2
1
0
0
0
R
R
v
v
A
R
v
R
v
i
o
v
o
i







Ec. 2.6
En consecuencia se tiene:
• Para R2>R1 el circuito amplifica
• El signo menos explica que el circuito es un amplificador
inversor
• La ganancia diferencial Ad >>Av

16. 16
Ejemplo.-
Diseñar un amplificador que tenga una ganancia de tensión
de -40 y una resistencia de entrada de 5 KΩ, como el de la
figura 2.2a.
Solución.-
Se considera que R1=5 KΩ, luego para una ganancia de
-40, se emplea la ecuación 2.6. lo que significa que
R2=200KΩ.

17. 17
Amplificador no-Inversor
Para el análisis considere la figura 2.6a.
vi
vo
R1
R2
i1
i2
b
Figura 2.6a

18. 18
Para el análisis de la figura 2.6 se asume que:
• la impedancia de entrada es infinita, luego i+=0 y i-=0,
• que la caída de tensión entre las entradas es cero y que
la ganancia diferencial es infinita.
0
2
1 
i
i
La ganancia infinita obliga a que la tensión en el nodo “b”
sea una copia exacta de vi, dando:
1
1
R
v
i i

Y por la ley de Ohm se tiene:
2
2
R
v
v
i o
i 


19. 19
Sustituyendo i1 e i2 se logra la ganancia de voltaje Av:
1
2
1
R
R
v
v
A
i
o
v 

 Ec. 2.10

20. 20
Amplificador Sumador
vN
vo
iS
RS
v1
v2
R1
R2
RN
Figura 2.3

21. 21
Análisis.- aplicando la ley de Kirchhoff de corrientes a la
entrada inversora se tiene:
S
o
s
N
N
R
v
i
R
v
R
v
R
v 







 0
0
...
0
0
2
2
1
1
y despejando para vo se tiene:












 N
N
S
S
S
o V
R
R
v
R
R
v
R
R
v ...
2
2
1
1
Debido a la existencia de masa virtual, cada fuente de
tensión ve una resistencia conectada a masa con lo que no
hay interacción entre las distintas entradas, mientras que en
la salida si se produce la combinación.
Ec. 2.7

22. 22
Circuito Seguidor de Emisor
Es un circuito de ganancia unitaria y que se utiliza de
preferencia para adaptar circuitos con impedancias altas de
salida con otros de impedancia baja de entrada. La figura 2.7
ilustra este circuito.
vi
vo
Figura 2.7
1


i
o
v
v
v
A

23. 23
Circuitos con Amplificadores Operaciones con Memoria
Son circuitos cuyo funcionamiento depende de al menos, de
un elemento de almacenamiento de energía. Se describirá
su funcionamiento de estos circuitos con memoria, mediante
ecuaciones diferenciales o por ecuaciones de fasores en el
análisis senoidal de su funcionamiento en régimen
permanente.
Se utilizarán el integrador y filtros para describir estos
circuitos.

24. 24
El Integrador
Este circuito da una salida en tensión proporcional a la
integral de la tensión de entrada.
vi
vo(t)
i1
i2
R
C
(t)


 dt
t
v
RC
v i
o )
(
1
Figura 2.12a

25. 25
En la figura 2.12b se ilustra la entrada de una señal
cuadrada y su forma de salida desde un integrador.
Figura 2.12b
T 2T 3T
T 2T 3T t
t
E
-E
vo(t)
Vo
vi(t)

26. 26
Parámetros Estáticos µA741 HA2544
Ganancia en Lazo Abierto 2х105 6x103
Resistencia de Entrada 2MΩ 90KΩ
Resistencia de Salida 75 Ω 20Ω
Corriente de Cortocircuito 25 mA 40 mA
Límites de Saturación:tensión p.p. de salida (+15V) 28V 22V
Tensión de Desviación 5mV 6mV
Corriente de Polarización 80nA 7mA
Corriente de Desviación 20nA 0,2mA
Razón de Rechazo de Modo Común 90 dB 89 dB
Parámetros Dinámicos
Frecuencia para Ganancia Unidad 106Hz 45x106Hz
Slew - Rate 0,5V/µs 150V/µs
Tabla 2.1