Amplificadores operacionales
- 1. SEGÚN LA TEORIA AMPLIFICADORES OPERACIONALES Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): Vout = G·(V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741. El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar. Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración,derivación, etc.) en calculadoras analógicas. De ahí su nombre CONFIGUACIONES DE LOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES Comparador Derivador Integrador Inversor
- 2. No inverdor Restador Sumador Seguidor Diferenciador AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR El formato más básico de un circuito con amplificador operacional es el Circuito Inversor. El montaje se llama así, porque la señal de salida es inversa de la entrada (en polaridad), aunque puede ser mayor, igual o menor, dependiendo de la ganancia que se le dé al amplificador en lazo cerrado. Es decir, el circuito se denomina Circuito Inversor porque la ganancia del circuito es negativa. La señal de salida del Circuito Inversor se define mediante la siguiente expresión:
- 3. AMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSOR En el Circuito No Inversor, se mantiene la estructura de las resistencias del Circuito Inversor y se cambian las conexiones de las entradas. Por supuesto, al hacer esto, se van a cambiar las características del circuito global, de modo que su comportamiento será diferente de alguna manera. En esta configuración, la señal de entrada (Vin) se aplica directamente en la entrada no- inversora, lo que significa que la ganancia de salida del amplificador se convierte en positiva en contraste con el circuito inversor. El resultado es que la señal de salida está en fase con la señal de entrada. La señal de salida del Circuito No Inversor se define mediante la siguiente expresión: SUMADOR INVERSOR El Circuito Sumador es un circuito muy útil, basado en la configuración estándar del amplificador operacional inversor. Este circuito permite combinar múltiples entradas, es decir, permite añadir algebraicamente dos (o más) señales o voltajes para formar la suma de dichas señales. La razón de utilizar un amplificador operacional para sumar múltiples señales de entrada, es evitar la interacción entre ellos, de modo que cualquier cambio en el voltaje de una de las entradas no tendrá ningún efecto sobre el resto de entradas. La tensión de salida del Circuito Sumador se define mediante la siguiente expresión:
- 4. DIFERENCIADOR El Circuito Diferencial es un circuito que realiza la diferencia algebraica entre dos tensiones de entrada y utiliza la amplificación diferencial natural del amplificador operacional. Para realizar esta operación, las tensiones se aplican a ambas entradas del amplificador operacional al mismo tiempo y la diferencia entre ellos se amplifica. Es decir, la tensión de salida es una constante multiplicada por la señal diferencial de entrada La salida de este circuito se define con la siguiente ecuación: INTEGRADOR El Circuito Integrador es un circuito con un amplificador operacional que realiza la operación matemática de integración. El circuito actúa como un elemento de almacenamiento que produce una salida de tensión que es proporcional a la integral en el tiempo de la tensión de entrada. Si se aplica una señal de entrada que cambia constantemente a la entrada de un amplificador integrador, por ejemplo una onda cuadrada, el condensador se cargará y se descargará en respuesta a cambios en la señal de entrada. Así, se crea una señal de salida en forma de diente de sierra, cuya frecuencia depende de la constante de tiempo RC de la combinación de la resistencia y el condensador. La salida de este circuito se puede predecir mediante la siguiente ecuación:
- 5. DERIVADOR El Circuito Derivador realiza la operación matemática de derivación, de modo que la salida de este circuito es proporcional a la derivada en el tiempo de la señal de entrada. En otras palabras, la salida es proporcional a la velocidad de variación de la señal de entrada. La magnitud de su salida se determina por la velocidad a la que se aplica el voltaje a los cambios de la entrada. Cuanto más rápido se produzcan los cambios en la entrada, mayor será la tensión de salida. El circuito derivador es exactamente lo opuesto al circuito integrador. La tensión de salida se define mediante la siguiente expresión: FILTROS EN AMPLIFICADORES OPERACIONALES El filtro analógico es utilizado para eliminar componentes de frecuencia de una señal. El mismo es útil cuando la señal a medir, tiene un contenido de frecuencia que es diferente a las frecuencias de señales indeseables y que por lo tanto se necesitan eliminar. Ejemplos de ellas son: la interferencia proveniente de las líneas de potencia, el ruido térmico etc... El filtro analógico también sirve, para eliminar el efecto alias que se origina al muestrear la señal. RECTIFICADORES EN AMPLIFICADORES OPERACIONALES Los circuitos rectificadores de media onda transmiten solamente la mitad de un ciclo de una señal y eliminan el otro, al limitar su salida a cero volts. La mitad de ciclo que sí se transmite puede estar invertida o no. También puede experimentar una ganancia o atenuación, o permanecer inalterada en cuanto a la magnitud, todo lo cual dependerá de las resistencias elegidas y de la colocación de los diodos en el circuito del amplificador operacional.