¿Que es un Amplificador operacional?

Amplificador operacional

Un amplificador operacional, a menudo conocido Opamp, es un dispositivo amplificador electrónico de alta ganancia que tiene 2 entradas (una negativa y otra positiva) y salida. Se puede utilizar para realizar operaciones matematicas como: suma, resta, multiplicación, división, diferenciales e integración. La ganancia de estos dispositivos es dado por al división de la salida por la entrada.

• Trabaja solo en saturación
• La intensidad de corriente en las 2 entradas es muy cercana a cero.
• Los voltajes de alimentación del opamp son simetricos con signos diferentes
• Son circuitos integrados en encapsulados: DIP8, DIP16
• Los opamp DIP8 suelen tener 1 o 2 opamp dentro. Por ejemplo "LM358"
• Los opamp DIP16 tienen 4 opamp dentro. Por ejemplo "TL084"
• Existen opamp de proposito general, asi como tambien de proposito especifico como:
  
  • Amplificadores de audio, ejemplo: LM386
  • Amplificador comparador, ejemplo: LM393
  La diferencia con los de proposito general es que tienen una frecuencia más alta de respuesta para el proposito que estan hechos.
• Se puede usar en lazo abierto como en lazo cerrado
  
  • Lazo abierto: La ganancia es muy grande del orden de 100000 veces o más, por lo tanto una pequeña diferencia entre V+ (entrada positiva) y V- (entrada negativa) hace que la salida del amplificador sea de un valor cercano al de la tensión de alimentación, tambien conocido como saturación del amplificador. La magnitud de la ganancia no es muy bien controlada en el momento de la fabricación, por lo tanto es impráctico usar un amplificador en lazo abierto como amplificador diferencial.
    Como no existe retroalimentación el opamp se comporta como comparador.
  • Lazo cerrado: Si lo que se busca es un comportamiento predecible en la señal de salida, se aplica una retroalimentación a V- (la entrada negativa). Como consecuencia de la realimentación la ganancia disminuye, ya que está determinada por la red de realimentación y no por las caracteristicas del dispositivo.

¿Como pueden ser usados?

Estos IC's pueden ser usados para realizar operaciones matematicas y todo esto depende de la configuración usada.

Amplificador Inversor

Se llama así porque la señal de salida es inversa de la entrada (polaridad), el siguiente factor es la ganancia lo cual esta dado por los componentes extra en esta configuración en lazo cerrado.

La ganancia de esta configuración puede ser igual o mayor a uno.

Amplificador no inversor

Es muy parecido al inversor, la diferencia es que la señal se introduce por el terminal no inversor, lo cual va a significar que la señal de salida estará en fase con la señal de entrada y amplificada. El análisis matemático será igual que en el montaje inversor.

Algo a tener en cuenta es que la ganancia de esta configuración sera siempre mayor a uno.

Seguidor de voltaje (Buffer)

En esta configuración proporciona a la salida la misma tensión que a la entrada (la ganancia es 1). Sirve para eliminar efectos de cargas o tomar medidas de sensores con una intensidad muy pequeña que no afecte sensiblemente a la medición.

Amplificador sumador inversor

En esta configuración se realizará la operación matematica "adición". La salida esta en función de de los valores de cada entrada dividido por la resistencia final.

La formula correspondiente es:

¿Para que se usan?

Los opamp por su capacidad de tener una ganancia alta asi como impedancia se encuentran en muchos circuitos como:

Amplificadores de audio

Este circuito tiene como corazon el opamp "LM386". Este opamp esta diseñado para ser usado como amplificador de audio, como se observa en diagrama pictografico, requiere pocos componentes.

Opamp como comparador

En el circuito se utiliza el Opamp comparador (diseñado para esa función), tiene una respuesta más rapida que los opamp de proposito general. Lo que hace el circuito anterior es comparar la entrada inversa y no inversa, en la inversa hay un divisor de voltaje que cambia por s valor a medida que el LDR capta luminosidad; por otro lado la entrada no invertida toma el mismo principio pero con un potenciometro para ajustar a que intesidad de luz debe activarse el LED.

Así como estas existen muchas otras aplicaciónes, incluso dentro del Circuito integrado más usado el "Timer 555" cuenta con un amplificador operacional internamente.

Notas importantes

Alimentación de un opamp

El opam necesita alimentación positiva tanto como negativa, y tiene que ser simetrica. Por ejemplo si la entrada de alimentación positiva es 12 voltios la alimentación negativa debe ser 12v, si es 9v en la alimentación positiva debe haber -9 voltios en la entrada negativa, de otra forma la salida del opamp no sera la esperada. Sin embargo existen opamp's que pueden funcionar con un de 0 voltios o GND en la entrada de alimentación negativa como, por ejemplo el amplificador operacional de proposito general "LM358".

Frecuencia de uso

Al momento de seleccionar el opamp indicado para algún circuito se tiene que revisar el datasheet para averiguar si la frecuencia a la que funcionara el circuito el opamp puede manejarla, de otra forma se tendra que buscar un opamp de proposito específico.

Ideal vs Real

Por si lo notaste en las formulas anteriores se igualarón algunas tensiones y corrientes a cero, esto fue porque se considero que la impedancia de las entradas del opamp era extremadamente alta (casi infinita) por lo tanto la corriente era cero. De la misma forma la tensión en la configuración "amplificador inversor". Esto no es cierto, si revisas los datasheet's de los opamp la corriente y tensión en esos casos no son cero sino valores pequeños pero no es cero. Se tomaron como cero para facilitar la explicación y los calculos.

otro punto a tener en cuenta es que la salida en un comparador deberia se la misma que la fuente de alimentación pero no es el caso dado que existe una perdida en el interior del circuito, para estos casos existen los opamp rail-to-rail como el "LM6142".