9. El amplificador operacional . 9.1 Introducción . El concepto de

9. El amplificador operacional .
9.1 Introducción .
El concepto de amplificador tiene que ver con l capacidades de un circuito en
aumentar ya sea la tensión, la corriente o ambas. Un amplificador se puede representar
por dos circuitos :
Entrada : Representa la carga que “ve” el generador o fuente . El circuito
equivalente esta compuesto por una impedancia, denominada impedancia de entrada. En
general se desea que Ze sea grande .
Salida : El circuito de salida esta compuesto por :
Un generador que depende de la tensión de entrada multiplicada por una
constante “A” la cual representa el factor por el cual se multiplica la entrada para
producir la salida .
Una impedancia que representa las perdida de amplificador. En general se
desea que Ze sea pequeña.
Ze
Ve
Ze
Ze
A .Ve
Un amplificador se puede diseñar usando diferentes componentes y montajes, los
cuales tienen en común un componente central, denominado componente activo, que
posee fuentes que dependen del valor de la entrada. Un componente muy utilizado como
amplificador es el amplificado operacional .
9 . 2 Características .
Un amplificador operacional es un circuito amplificador con una ganancia muy
elevada. Las características de un amplificador operacional considerado como ideal son
:
+Vcc
A= 
Ze = 
Zs = 0
VD = 0
V+
VD
Ze
Zs
A .Ve
V-
-Vcc
A continuación se analizan varios circuito con amplificadores operacionales,
donde se considera este como ideal .
V5
9 . 3 Amplificador inversor .
Sea el siguiente circuito:
R2
R1
Ve
VS
+
El circuito equivalente es:
R2
i
R1
Ve = R1 x i
VS = -
Ve
VS
VS = R2 x i
R2 .
Ve
R1
9 . 4 Amplificador no inversor .
Sea el siguiente circuito:
R
R
V
+
V
El circuito equivalente es:
R
R2
V5
Vt
VS = Ve .
R1 + R2
R1
9 . 5 Sumador .
Sea el siguiente circuito:
R
V1
V2
V3
R1
R2
R3
VS
+
Usando el teorema de superposición se encuentra:
VS = -
R
R1
. e1 -
R
R2
. e2 -
R
R3
. e3
9 . 6 Derivador .
Sea el siguiente circuito:
R
Ve
C
VS
+
El circuito equivalente es:
i
Ve
R

Ve = C-1 i . dt
C
VS = - RC .
VS
VS = -R . i
d(Ve)
dt
9 . 7 Integrador .
Sea el siguiente circuito:
C
R
Ve
VS
+
El circuito equivalente es:
i
Ve

VS = - C-1 i . dt
C
R

VS = - RC-1 Ve . dt
VS
Ve = R . i
9 . 8 El amplificador operacional no ideal .
Aunque para las mayoría de las aplicaciones se supone el amplificador operacional
como ideal, hay casos en que se deben tomar en cuenta las características reales de
mismo. Las principales son:
Voltaje diferencial de entrada .
Ganancia finita
Tiempo de subida
Voltaje diferencial de entrada .
El voltaje diferencial de entrada VD, cuyo valor se
encuentra entre 2 y 6mV puede causar problemas
cuando se desea amplificar señales con
magnitudes de ese orden. La mayoría de los
amplificadores
operacionales
permiten
la
compensación de este valor. Por ejemplo, el
circuito de compensación de VD Del amplificador
operacional 741 es el siguiente:
2
6
3
5
+
VS
1
10k
-Vcc
Ganancia finita .
La ganancia de los amplificadores operacionales no es infinita y su valor depende
de la frecuencia. El grafico de la ganancia en función de la frecuencia de un
amplificador operacional típico es el siguiente:
Por ejemplo, el amplificador
operacional 741 posee los siguientes
valores (Véase la grafica: a) :
Ao = 200.000
fa = 5Hz
f t =1MHz
Grafica: a
Ao 105
104
102
Tiempo de subida
F(Hz)
1
El tiempo de subida representa la
rapidez con la cual responde un
amplificador operacional. Se define como
en la grafica: b, y su valor se puede
calcular por medio de la relación:
Tr =
fa
ft
Grafica: b
V
ENTRADA SALIDA
90%
0,35
ft
10%
t
9.9 El comparador .
Tr
Un comparador es un circuito que produce una indicación del estado relativo de
dos entradas. El circuito básico y la característica se muestran a continuación .
Vcc
Vp
VD
VS
Vn
+
o
VD
-Vcc
El amplificador operacional 741 puede ser utilizado como comparador, aunque su
tiempo de respuesta es muy largo. Cuando se necesita mayor rapidez se puede utilizar el
LM301, LM311 o LM339 .
Ejemplo: El siguiente circuito representa un detector de nivel. La tensión Vi es
preposicional a una señal física (temperatura, flujo, presión, etc) y se desea que el led
D2 se encienda cuando Vi llegue a un cierto valor .
Si V_ Vref  VS = Vcc;
EL led D2 permanece
apagado .
Vcc
R3
Si V_ Vref  VS = 0; EL
led D2 se enciende .
El valor de Vi que produce
el cambio es :
Vi  Vref . R1 + R2
R1
D2
R2
Vi
R1
VS
D1
+
VD
65
3
2
1
Vn