¿Qué es un amplificador operacional?

Un amplificador operacional (también conocido como OPAMP) es un circuito integrado que permite realizar una gran variedad de circuitos electrónicos útiles. Desde un comparador de voltaje, un amplificador de señal, hacer operaciones aritméticas y filtrar señales. Los amplificadores operacionales están compuestos por una gran cantidad de transistores internamente, que permiten controlar corrientes y tensiones, para darle sus características eléctricas.

El circuito integrado 741 es uno de los amplificadores operacionales más famosos y también uno de los primeros. Contiene solo un OPAMP internamente, pero los circuitos integrados más recientes contienen 2 o 4 operacionales en total. Vía: STMicroelectronics.

Símbolo y terminales del amplificador operacional

El amplifcador operacional tiene 2 entradas y una salida, ademas de la alimentación positiva y negativa. La configuración de las entradas mencionadas define el comportamiento del circuito. Para el amplificador operacional ideal se cumplen estas reglas:

  • La impedancia entre las entradas inversora y no inversora es infinita, por lo que no hay corriente de entrada.
  • La diferencia de potencial entre las terminales inversora y no inversora es, o debe ser nula.
  • No hay corriente entrando o saliendo de las patas inversora y no inversora.

Configuraciones comunes:

Cuando se enlazan las entradas y salidas de un opamp con elementos resistivos o capacitivos el circuito adquiere un comportamiento característico. Las configuraciones siguientes son las más comunes y son fáciles de identificar en un circuito más complejo, revisemos su función y ecuaciones correspondientes.

Comparador

Cuando se configura el opamp como comparador el circuito detecta el nivel de voltaje en una de las entradas y si es mayor a este, la salida cambia a alimentación positiva o negativa (Vcc o Vss).

Amplificador Inversor.

Con el amplificador inversor la señal que ingresemos por Ve saldra amplificada por un factor (-R2/R1) denominado ganancia. Dicha ganancia puede ser mayor o menor a uno, por lo que la señal de entrada también puede reducirse.

Amplificador no Inversor

El amplificador no inversor solo amplifica la señal de entrada, no puede reducir su amplitud, y la ganancia está dada por (1 + (R2/R1))

Seguidor de tensión.

Para el seguidor de tensión la ganancia es 1. Este circuito es útil cuando queremos acoplar etapas de procesamiento de señal, ya que adapta las «impedancias» entre cada etapa.

Amplificador Integrador.

Las operaciones que puede realizar el opamp, además de aritméticas, son del tipo diferencial. La señal de entrada cargará el capacitor Co, por lo que se «calculará» la integral de esta señal debido al comportamiento del capacitor respecto a la corriente.

Amplificador Diferenciador.

Se obtiene la operación complementaria al integrador si el capacitor se cambia de lugar, pasando a la entrada no inversora del opamp. La señal de entrada será diferenciada debido a que el capacitor no se carga inmediatamente.

Conclusiones:

Con esta pequeña guía podemos empezar a utilizar el amplificador operacional y explorar las posibilidades para desarrollar tus circuitos. Utilizar amplificadores operacionales puede ser muy útil cuando trabajamos con Arduino, en especial si estamos trabajando con voltajes pequeños para ingresarlos a las entradas analógicas.

Referencias:

El amplificador operacional

Amplificadores Operacionales y su uso en la electrónica