Op Amp | ¿Cómo funciona un amplificador operacional? | 7+ parámetros importantes del amplificador operacional

Amplificador de operación

Imagen de portada de: Bruno Gilli / ESO, Arco de la Vía LácteaCC BY 4.0

Puntos de discusión

Estructuras, salidas de PIN y esquema

Diagrama del amplificador operacional

El diagrama del amplificador operacional marca las entradas, salidas y conexiones de voltaje de saturación. Es un sistema de circuito abierto. La siguiente imagen representa un diagrama de amplificador operacional.

Pinout del amplificador operacional

En general, los circuitos integrados de amplificador operacional típicos tienen ocho pines. Siete son funcionales, mientras que un pin está dedicado a la salida. Se necesitan cuatro entradas; 2 de ellos son para terminal inversor y terminal no inversor, y los 2 restantes son para voltaje de saturación positivo y negativo. El pinout de IC741 se da arriba.

Esquema del amplificador operacional

La siguiente imagen ofrece una vista esquemática de un amplificador operacional.

El amplificador operacional
Diagrama esquemático por: Carga inductivaAmplificador operacional interno, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons

Como podemos ver en la imagen, un amplificador operacional consta de transistores y resistencias. La impedancia de entrada es alta debido al par Darlington de transistores NPN. Hay dos etapas de ganancia diferencial y la salida se toma del seguidor de emisor de un solo extremo. Los transistores T1 y T2 son idénticos, al igual que el T3 y T4.

 

Tipos y aplicaciones

Aplicaciones de amplificador operacional | Usos del amplificador operacional

Los amplificadores operacionales son uno de los elementos esenciales para el diseño de circuitos en electrónica. Se utilizan en varios lugares. Algunos de los ejemplos son:

Búfer de ganancia unitaria, oscilador de cambio de fase, seguidor de corriente a voltaje, voltaje a un seguidor de corriente, amplificador sumador, integrador, diferenciador, rectificador de media onda, detector de picos, etc. Hay muchas más aplicaciones del amplificador operacional. Casi todos los dispositivos electrónicos están incorporados con un amplificador operacional.

Amplificador operacional de filtro de paso alto

Se puede construir un filtro de paso alto usando un circuito de filtro RC y un amplificador operacional típico. La combinación de un filtro RC pasivo con un amplificador operacional funciona como un filtro de paso alto activo. La operación terminal inversora o no inversora del amplificador operacional es necesaria para el circuito. La siguiente imagen representa un circuito de amplificador operacional de filtro de paso alto.

Filtro de paso de banda de amplificador operacional

Un filtro de paso de banda permite una señal del rango de frecuencia especificado únicamente. Este filtro filtra otros componentes de frecuencias. Los amplificadores operacionales se utilizan para hacer este tipo de filtros. El circuito está diseñado conectando en cascada un filtro de paso alto con un amplificador operacional y luego un filtro de paso bajo.

Amplificador operacional sustractor

El amplificador operacional substractor amplifica la diferencia entre los dos voltajes de entrada y lo proporciona como salida. Realiza la operación de resta, a diferencia de un amplificador sumador que suma los voltajes de entrada. Es por eso que se conoce como amplificador operacional sustractor.

Sumador de amplificador operacional

El sumador de amplificador operacional o amplificador sumador es el amplificador que amplifica la suma de los voltajes de entrada y lo proporciona como salida. Realiza operaciones de suma o suma, a diferencia de un amplificador diferencial que realiza operaciones de resta. El diagrama del circuito se da arriba.

Amplificador operacional Unity Gain

Un amplificador operacional de ganancia unitaria o un circuito seguidor de voltaje, o un circuito de búfer es un modelo de amplificador no inversor especialmente diseñado. Observe el circuito del amplificador no inversor indicado anteriormente. Si hiciéramos la resistencia de retroalimentación cero y la resistencia infinita del terminal inversor, la ganancia del amplificador sería la unidad. Es por eso que este circuito se conoce como amplificador operacional de ganancia unitaria o búfer de ganancia unitaria. Este búfer se utiliza para igualar la impedancia.

Oscilador de amplificador operacional

También es posible crear un oscilador usando un amplificador operacional. La imagen que se muestra a continuación representa el diagrama de circuito de un oscilador RC de cambio de fase.

El amplificador operacional
Oscilador, por: Jontse at Wikipedia en inglésOpAmpHystereticOscillator, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons

Después de algunos cálculos generales, hemos descubierto que la frecuencia de oscilación es f = 1 / (2πRC - / 6) y la ganancia de voltaje Av = -29 para la oscilación sostenida.

Amplificador operacional de audio

Los amplificadores operacionales se utilizan mucho en procesamiento de audio y mezcladores de audio. Un amplificador operacional puede amplificar las señales de voz débiles. Hay varios tipos de amplificadores operacionales de audio disponibles en el mercado. Algunos de ellos son: LT1115, UA741, etc.

Cambiador de nivel del amplificador operacional

En un amplificador operacional de suministro único, el amplificador operacional puede cambiar de nivel una señal con referencia a tierra. Un cambiador de nivel puede traducir señales lógicas de un nivel a otro. A veces es necesario convertir una señal positiva a negativa en un rango aceptable para un convertidor analógico a digital de suministro único.

Divisor de voltaje del amplificador operacional

Los amplificadores operacionales también se utilizan como divisores de voltaje. El amplificador operacional se usa para hacer divisores de voltaje, ya que el uso de amplificador operacional puede aumentar la ganancia del sistema.

Amplificador operacional de suministro único

El amplificador operacional de suministro único es un amplificador operacional tan especial con un solo terminal de suministro. El terminal de suministro es típicamente el + Vcc. Entonces, la salida se encuentra entre el rango de + Vcc y el suelo (GND) para una señal de entrada.

Amplificador operacional de alto voltaje

Normalmente se utiliza un amplificador de alto voltaje para amplificar la señal de entrada a una señal de salida de alto voltaje. Puede proporcionar la ganancia de potencia en las combinaciones de voltaje y corriente. Algunas de las aplicaciones de amplificadores operacionales de alto voltaje son: impresoras de inyección de tinta, transductores de ultrasonido, contadores Geiger, pruebas biomédicas, etc.

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Varios tipos de IC

45588 amplificador operacional

Es otro circuito integrado que opera amplificador operacional. Es un IC de ocho pines de alto rendimiento que no necesita ningún componente compensador de frecuencia externo. Algunos de los otros modelos son: CF158MT, AN45588, LA6458, etc.

amplificador operacional lm358

lm358 es otro tipo de circuito integrado que consta de un par de amplificadores operacionales. Es un circuito integrado de baja potencia, que fue el primero en desarrollar National Semiconductor.

amplificador operacional ua741

Este es otro tipo de IC que incluye un amplificador operacional. Tiene ocho pines. La tensión de alimentación máxima es de + 18 V y la tensión de entrada diferencial máxima es de + 15 V. El CMMR es de 90 dB. UA 741 se utiliza en aplicaciones de audio, reproductores de música.

Amplificador operacional lm324

Lm324 es un IC construido especialmente, que puede funcionar como amplificador, comparador, rectificador, etc. Este IC tiene 14 pines, que representan cuatro amplificadores operacionales. Tiene un ancho de banda amplio de alrededor de 1 MHz y una ganancia de 100 dB. Se aplican en diversos campos de la robótica, osciladores, etc.

Amplificador operacional ne5532

Otro IC del amplificador operacional es ne5532. Es un amplificador de alto rendimiento que tiene excelentes voltajes CC y CA. Tiene poco ruido, ancho de banda máximo de oscilación de salida y una alta velocidad de respuesta. Las diferentes variaciones de este tipo de circuitos integrados son: NE5532A, SA55332, etc.

Parámetros, reglas y ecuaciones importantes

Análisis del circuito del amplificador operacional

El análisis del circuito del amplificador operacional revela la funcionalidad de cada parte de un amplificador operacional y cómo están conectadas o interconectadas para proporcionar la ruta de salida. El análisis de circuitos del amplificador operacional se puede clasificar en dos tipos:

  1. análisis de circuito de bucle abierto
  2. análisis de circuito cerrado.

El análisis de circuito de bucle abierto analiza el sistema sin el sistema de realimentación, y el análisis de circuito de bucle cerrado es el análisis de un circuito con un sistema de realimentación.

El concepto de tierra virtual, alta impedancia de entrada y ganancia infinita son necesarios para el análisis del circuito del amplificador operacional.

Reglas de oro del amplificador operacional

Un diseñador de amplificador operacional siempre debe tener en cuenta algunas reglas esenciales. Ellos son -

  1. El amplificador operacional proporciona una ganancia infinita.
  2. Las impedancias de entrada son altas.
  3. No fluye corriente a través del amplificador operacional al principio.
  4. El voltaje de compensación se ajusta para que sea cero.

Fórmulas de amplificador operacional

No hay fórmulas rígidas y rápidas para el amplificador operacional. Hay varios tipos de amplificadores operacionales y tienen sus ecuaciones y fórmulas específicas. Me gusta: fórmulas para la salida del amplificador operacional no inversor: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin y fórmulas para la salida del amplificador operacional inversor: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Impedancia de entrada del amplificador operacional

La impedancia de entrada es alta debido al par Darlington de transistores NPN. Para un amplificador operacional ideal, la impedancia de entrada es infinita. Debido a la alta impedancia de entrada, podemos asumir que la corriente fluye a través de la retroalimentación en la etapa inicial. Normalmente, los valores se encuentran entre 1 megaohmio y 10 tera ohmios.

Impedancia de salida de un amplificador operacional

Impedancia de salida de las referencias de amplificador operacional a la impedancia proporcionada por un amplificador operacional en la etapa de salida. Un ideal tiene una impedancia de salida de 0 ohmios. El circuito del controlador de salida provoca la impedancia de salida de un amplificador operacional.

Ganancia de bucle abierto del amplificador operacional

La ganancia de bucle abierto de un amplificador operacional es la ganancia del dispositivo cuando no hay retroalimentación asociada con él. Para un amplificador operacional ideal, la ganancia de bucle abierto es infinita. Una ganancia típica de bucle abierto de un amplificador operacional típico es de alrededor de 100 dB.

Voltaje de compensación del amplificador operacional

El voltaje de compensación de un amplificador operacional se define como el voltaje de CC diferencial entre los terminales de entrada. Para un amplificador operacional ideal, el voltaje de compensación es cero. Pero para el amplificador operacional práctico, el voltaje externo se le da al amplificador operacional.

Velocidad de respuesta del amplificador operacional

La velocidad de respuesta del amplificador operacional es la velocidad de cambio de la señal de salida si hay un cambio de paso en la señal de entrada. Es un parámetro para la medición del desempeño. La unidad de velocidad de respuesta es V / ms. Para un amplificador operacional ideal, la velocidad de respuesta es cero. Significa que el cambio de entrada se reflejará inmediatamente en la salida. Para un amplificador operacional práctico típico, el valor de la velocidad de respuesta es 10 V / μs.

Ancho de banda del amplificador operacional

El ancho de banda de un amplificador se conoce como el rango de frecuencia por encima del cual la ganancia del amplificador es superior a 3 dB. Para un amplificador de 741 MHz, el amplificador de circuito cerrado es de 1 MHz.

Fuente de corriente del amplificador operacional

Una fuente de corriente externa con un amplificador operacional proporciona una corriente independiente de la resistencia de carga. Y como hemos puesto a tierra previamente el circuito, no hay posibilidad de exponer dos conexiones.

Funciones de transferencia de amplificador operacional

Es posible obtener funciones de transferencia de amplificador operacional si los amplificadores operacionales están representados en un diagrama de bloques de retroalimentación clásico. Usando el proceso de superposición, se puede obtener la función de transferencia. La función de transferencia para el terminal no inversor se puede escribir como R1 / (R1 + Rf).

Saturación del amplificador operacional

Hay dos terminales de entrada, que toman voltajes de saturación positivos y negativos. Ahora, cuando un amplificador operacional está saturado, significa que la salida del amplificador operacional es cualquiera de la tensión de saturación proporcionada por la fuente.

¿Cómo funciona un amplificador operacional?

Un amplificador operacional generalmente pasa por tres etapas de operaciones. La primera: etapa de entrada diferencial con mayor impedancia de entrada, la etapa de ganancia en la segunda etapa y la etapa de salida push-pull de menor impedancia de salida.

¿Qué hace un amplificador operacional?

Un amplificador operacional o amplificador operacional es un dispositivo electrónico que realiza ciertas operaciones matemáticas y amplifica la señal de entrada.

Sobre Sudipta Roy

Soy un entusiasta de la electrónica y actualmente me dedico al campo de la Electrónica y las Comunicaciones.
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Mis escritos están dedicados a proporcionar datos precisos y actualizados a todos los alumnos.
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