El amplificador operacional (amp op) es un amplificador de voltaje con una ganancia extremadamente alta. Por ejemplo, el popular amp op 741 tiene una ganancia típica de 200,000 V/V, equivalente a 200 V/mV, o 106 dB cuando se expresa en decibeles. El modelo OP-77, más avanzado, tiene una ganancia de 12 millones (12 V/μV), lo que equivale a 141.6 dB. Lo que distingue a los amplificadores operacionales de otros amplificadores de voltaje es precisamente su alta ganancia. De hecho, un amp op ideal tendría una ganancia infinitamente grande, lo que es deseable porque, como se verá en circuitos prácticos, una mayor ganancia mejora el rendimiento del amplificador.
La figura 1.3a muestra el símbolo del amplificador operacional, con sus conexiones de suministro de energía necesarias para su funcionamiento. Sus entradas se identifican como inversora ("-") y no inversora ("+"), cuyos voltajes con respecto a tierra se denotan como Vn y Vp, respectivamente, mientras que el voltaje de salida se denota como Vo. La flecha en el símbolo indica el flujo de la señal desde la entrada hacia la salida.
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Los amplificadores operacionales (amp op) no tienen una conexión directa a tierra de 0 V. En su lugar, la referencia a tierra se establece externamente a través del suministro común de energía. Los voltajes de suministro se suelen denotar como Vcc y Vee. generalmente con valores de ±15 V, aunque otros valores también son posibles. En los diagramas de circuitos, es habitual no mostrar las conexiones de energía para simplificar el diseño, pero es crucial recordar que al construir un amp op en el laboratorio, es necesario suministrarle energía para que funcione.
La figura 1.3b presenta el circuito equivalente de un amplificador operacional correctamente alimentado. Aunque el amp op en sí no tiene una conexión a tierra, el símbolo de tierra en su circuito equivalente representa el suministro común de energía mostrado en la figura 1.3a. El circuito equivalente incluye la resistencia diferencial de entrada (rd), la gananacia de voltaje (a) y la resistencia de salida (ro), rd,a y ro, se conocen como parámetros de lazo abierto.
La diferencia se llama voltaje diferencial de entrada:
y la ganancia (a) también se llama ganancia sin
carga, porque en ausencia del proceso de carga de salida se tiene que
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Dado que ambas terminales de entrada del amplificador operacional pueden tener potenciales independientes con respecto a tierra, se dice que el puerto de entrada es de tipo doblemente terminado. En contraste, el puerto de salida es de tipo de terminado sencillo. La ecuación muestra que el amplificador operacional responde únicamente a la diferencia entre los voltajes de entrada, y no a los valores individuales de estos voltajes. Por esta razón, los amplificadores operacionales también se conocen como amplificadores diferenciales.
Si se invierte la ecuación
Para encontrar el voltaje de entrada Vd que produce un voltaje de salida Vo dado, e observa que la ecuación de amplificación solo considera la diferencia entre Vd y no los valores individuales de Vn y Vp.
Debido a la alta ganancia (a) del amplificador operacional en el denominador, Vd resulta ser muy pequeño
amp op ideal
Para minimizar el proceso de carga, un amplificador de voltaje bien diseñado debe garantizar que la corriente desde la fuente de entrada sea insignificante (idealmente cero) y que la resistencia presentada a la carga de salida sea despreciable (idealmente cero). Los amplificadores operacionales (amp op) siguen esta regla, y se define al amplificador operacional ideal como un amplificador de voltaje con una ganancia de lazo abierto infinita.
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