AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL.

Introducción

El concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los computadores analógicos, en los que comenzaron a usarse técnicas operacionales en una época tan temprana como en los años 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas características de operación estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados.

Cambiando los tipos y disposición de los elementos de realimentación, podían implementarse diferentes operaciones analógicas; en gran medida, las características globales del circuito estaban determinadas sólo por estos elementos de realimentación. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseño de circuitos.

Los primeros amplificadores operacionales usaban el componente básico de su tiempo: la válvula de vacío. El uso generalizado de los AOs no comenzó realmente hasta los años 60, cuando empezaron a aplicarse las técnicas de estado sólido al diseño de circuitos amplificadores operacionales, fabricándose módulos que realizaban la circuitería interna del amplificador operacional mediante diseño discreto de estado sólido.

Entonces, a mediados de los 60, se introdujeron los primeros amplificadores operacionales de circuito integrado. En unos pocos años los amplificadores operacionales integrados se convirtieron en una herramienta estándar de diseño, abarcando aplicaciones mucho más allá del ámbito original de los computadores analógicos.

Con la posibilidad de producción en masa que las técnicas de fabricación de circuitos integrados proporcionan, los amplificadores operacionales integrados estuvieron disponibles en grandes cantidades, lo que, a su vez contribuyó a rebajar su coste. Hoy en día el precio de un amplificador operacional integrado de propósito general, con una ganancia de 100 dB, una tensión offset de entrada de 1 mV, una corriente de entrada de 100 nA. Y un ancho de banda de 1 MHz. es inferior a 1 euro. El amplificador, que era un sistema formado antiguamente por muchos componentes discretos, ha evolucionado para convertirse en un componente discreto él mismo, una realidad que ha cambiado por completo el panorama del diseño de circuitos lineales.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL.

En el modelo de amplificador ideal, la salida del amplificador se obtiene a través de la expresión:

Esta expresión nos dice que la salida del amplificador es directamente proporcional a la diferencia de potencial Vd en la entrada. Designaremos a la constante de proporcionalidad A como GANANCIA EN LAZO ABIERTO. Con esta definición podemos decir también que el amplificador operacional es DIFERENCIAL ya que la salida depende de la diferencia de tensión en sus entradas.

A es una constante para cada amplificador y sus valores son muy altos (>200000 para amplificadores reales). En lazo abierto significa que es la ganancia del propio dispositivo sin conectar a nada.

Propiedades del amplificador operacional ideal

1. La ganancia en lazo abierto A es infinita

2. Las resistencias que se ven desde cada uno de los terminales de entrada son infinitas o, lo que es lo mismo, las intensidades de entrada I- e I+ son nulas.

3. La impedancia de carga de un circuito conectado en cascada con el OP no influye en la tensión de salida: Vo≠ F(ZL). Esto significa que, si tenemos el equivalente del amplificador de la forma

Por tanto para que se cumpla la condición de que Vo≠ F(ZL). tiene que ser Ro= 0 es decir la impedancia de salida del OP es nula.

4. Es un amplificador de corriente continua y alterna

5. Es capaz de amplificar la señal de entrada independientemente de su frecuencia. El ancho de banda es por tanto infinito.

Por la primera propiedad, tendríamos que si A es infinito como Vd es un valor finito debería ser Vo infinito. Como esto no puede ser debe ocurrir que Vd= 0es decir V+=V-

Las alimentaciones de un amplificador suelen ser iguales en magnitud y tienen como valores típicos +/-5V, +/-9V, +/-12V, +/-15V, +/-18V, +/-22V. La salida puede tener valores máximos algo inferiores que las tensiones de alimentación. Por tanto se elegirá la alimentación en función de las disponibilidades y de los niveles de señal necesarios en la salida del OP.

Los OP se suelen utilizar con realimentación ya que esto hace que podamos controlar su ganancia. Como veremos la ganancia en lazo cerrado no dependa nada más que del circuito externo aplicado. Según como sea este circuito tendremos varias configuraciones de amplificador.

ETAPAS EN CASCADA

Si bien el amp op es un dispositivo en extremo flexible, hay numerosas aplicaciones en las que un amp op sencillo no basta. En tales casos, a menudo se cumple con los requisitos de la aplicación colocando en cascada varios amp op individuales al mismo tiempo en el mismo circuito. Un ejemplo de lo anterior se muestra en la figura 6.15, que consiste en el circuito amplificador sumador de la figura 6.9 con sólo dos fuentes de entrada y la salida alimentada en

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