Amplificador operacional (op-amp) en electrónica digital – Part 1

Un amplificador es un dispositivo que aumenta la fuerza de la señal de entrada. Pueden ser amplificadores de voltaje, cuya entrada es algo de voltaje y la salida también es voltaje pero amplificada. Amplificador de corriente, cuya entrada es algo de corriente y la salida también es corriente pero amplificada.

• Amplificador de transconductancia , cuya entrada es un voltaje y la salida es la corriente.
• Amplificador de transimpedancia , cuya entrada es una corriente y la salida es el voltaje.

Un amplificador operacional (o op-amp) es un dispositivo electrónico de amplificación de voltaje de tres terminales, que tiene dos terminales de entrada, a saber, el terminal inversor (marcado con el signo ‘-‘ en los diagramas) y un terminal no inversor (marcado con ‘+’ firmar en los diagramas), y el tercer terminal es el terminal de salida. Ganancia («A») del amplificador operacional = señal de salida/señal de entrada 

Diferentes configuraciones de amplificador operacional: 

Configuración de bucle abierto: 
en esta configuración, el amplificador operacional no tiene retroalimentación. Idealmente, tiene una ganancia de bucle abierto infinita (prácticamente cientos de miles de veces mayor que la diferencia de potencial entre sus terminales de entrada).

#Modo de inversión:
 

#Modo no inversor: 
 

Configuración de circuito cerrado: 
en esta configuración del amplificador operacional, se usa retroalimentación negativa, es decir, una parte del voltaje de salida se vuelve a aplicar a la entrada inversora . Esta retroalimentación reduce en gran medida la ganancia del amplificador operacional en comparación con la ganancia de bucle abierto. Por lo tanto, es una especie de forma controlada de amplificación. 

#Modo de inversión:

#Modo no inversor: 

Característica de un amplificador operacional ideal: 

• Ganancia de bucle abierto: idealmente, el amplificador operacional debería tener una ganancia infinita de bucle abierto (prácticamente es cientos de miles de veces mayor que la diferencia de potencial entre sus terminales de entrada).
• Impedancia o resistencia de entrada: idealmente, el amplificador operacional debería tener una resistencia de entrada infinita (prácticamente debería ser muy alta).
• Impedancia o resistencia de salida: idealmente, el amplificador operacional debería tener una resistencia de salida cero (prácticamente debería ser muy baja).
• Ancho de banda: idealmente, el amplificador operacional debería tener un ancho de banda infinito (prácticamente es limitado).
• CMRR: idealmente, el amplificador operacional debería tener CMRR infinito, relación de rechazo de modo común para que el voltaje de ruido común en la salida sea cero.
• Tasa de cambio: idealmente, el amplificador operacional debería tener un SR infinito, una tasa de cambio para que cualquier cambio en el voltaje de entrada cambie simultáneamente el voltaje de salida.

Terminologías básicas de un amplificador operacional: 

1. Tasa de cambio: La tasa de cambio (SR) de un amplificador operacional se define como la tasa máxima de cambio del voltaje de salida por unidad de tiempo. Se representa como voltios por microsegundo ( V / μs ).

SR = (dVo / dt) |max

2. Voltaje de compensación de salida: Idealmente, la salida del amplificador operacional debería ser cero cuando la diferencia de voltaje entre las entradas es cero pero, prácticamente, la salida no es cero, hay un voltaje de magnitud muy pequeña. Este voltaje no deseado en el lado de salida cuando no se proporciona ninguna entrada se denomina voltaje de compensación de salida.

3. Corriente de compensación de entrada: Magnitud de la diferencia de corriente que ingresa a los terminales inversores y no inversores, cuando no se proporciona voltaje de entrada al amplificador operacional. 

Io = |Ib1-Ib2|; 
Io-Input Offset Current, Ib1 & 
Ib2-current at input terminals 

4. Corriente de polarización de entrada: 

 I(bias) = (Ib1+Ib2)/2 

5. Voltaje de compensación de entrada: es el voltaje aplicado deliberadamente en el terminal inversor o no inversor de un amplificador operacional para anular el efecto del voltaje de compensación de salida. 

 V(Input Offset Voltage) = 0 (ideally)
V(Input Offset Voltage) = -V(Output Offset Voltage) (practically) 

6. Relación de rechazo de modo común (CMRR): Es la relación entre la ganancia de modo diferencial (cuando las diferentes señales se aplican a ambos terminales de entrada) y la ganancia de modo común (cuando la señal se aplica a solo uno de los terminales de entrada). ). 

CMRR = |(differential mode gain) / (common mode gain)| 

7. Relación de rechazo del voltaje de suministro (SVRR): se define como la relación entre el cambio en el voltaje de compensación de entrada, V _io de un amplificador operacional y el cambio en el voltaje de suministro, V .

SVRR = ΔVio / ΔV

Aplicación – Se puede utilizar como: 

• Sumador inversor y no inversor,
• restador,
• Integrador,
• diferenciador,
• Amplificador logarítmico, etc.