1.1: Introducción

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James K. Roberge
Massachusetts Institute of Technology via MIT OpenCourseWare

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Un amplificador operacional es un amplificador de acoplamiento directo de alta ganancia que normalmente se usa en conexiones de retroalimentación. Si las características del amplificador son satisfactorias, la función de transferencia del amplificador con retroalimentación a menudo puede controlarse principalmente por los valores estables y bien conocidos de los elementos de retroalimentación pasiva.

El término amplificador operacional evolucionó a partir de aplicaciones originales en computación analógica donde estos circuitos se utilizaron para realizar diversas operaciones matemáticas como suma e integración. Debido al rendimiento y las ventajas económicas de las unidades disponibles, las aplicaciones actuales se extienden mucho más allá de las originales, y los amplificadores operativos modernos se utilizan como elementos analógicos de procesamiento de datos de propósito general.

Amplificadores operacionales de alta calidad (Una excelente descripción de la tecnología de esta época está disponible en G. A. Korn y T. M. Korn, Electronic Analog Computers, 2nd Ed., McGraw-Hill, Nueva York, 1956.) estaban disponibles a principios de la década de 1950. Estos amplificadores generalmente se comprometieron a usar con computadoras analógicas y no se usaron con la flexibilidad de las unidades modernas. La gama de uso de amplificadores operacionales comenzó a expandirse hacia el espectro actual de aplicaciones a principios de la década de 1960 a medida que varios fabricantes desarrollaron circuitos modu lar, de estado sólido. Estos amplificadores eran más pequeños, mucho más resistentes, menos costosos y tenían requisitos de suministro de energía menos exigentes que sus predecesores. Una variedad de estos circuitos de componentes discretos están actualmente disponibles, y sus características de rendimiento son espectaculares en comparación con las unidades más antiguas.

Un salto cuántico en el uso ocurrió a fines de la década de 1960, a medida que evolucionaron amplificadores monolíticos de circuito integrado con características de rendimiento respetables. Si bien ciertas características de desempeño de estas unidades aún no se comparan con las de los mejores circuitos de componentes discretos, los tipos inte rallados tienen una ventaja de costo innegable, con varios diseños disponibles a precios de aproximadamente $0.50. Esta disponibilidad justifica frecuentemente el reemplazo de circuitos de dos o tres transistores por amplificadores operativos solo por motivos económicos, independientemente de las ventajas de rendimiento asociadas. A medida que mejoren el procesamiento y los diseños, el circuito integrado invadirá más áreas una vez consideradas exclusivamente el dominio del diseño discreto, y es probable que los días del circuito de componentes discretos, excepto los especiales con requisitos de producción limitados, estén numerados.

Existen varias razones para realizar un estudio detallado de los amplificadores operativos. Debemos discutir tanto los aspectos teóricos como los prácticos de estos dispositivos versátiles en lugar de simplemente enumerar una muestra representativa de sus aplicaciones. Dado que prácticamente todas las conexiones de amplificador operacional implican algún tipo de retroalimentación, una comprensión profunda de este proceso es fundamental para la aplicación inteligente de los dispositivos. Si bien parcialmente bajo las reglas generales de pie puede ser suficiente para los requisitos de rutina, este método de diseño falla ya que los objetivos de rendimiento se acercan al máximo uso posible del amplificador en cuestión.

De igual manera, una apreciación de la estructura interna y función de los amplificadores opercionales es imperativa para el usuario serio, ya que dicha información es necesaria para determinar diversas limitaciones e indicar cómo se puede modificar una unidad (mediante, por ejemplo, conexiones apropiadas a su com pensación terminales) o conectados para un rendimiento óptimo en una aplicación dada. Por lo tanto, el moderno diseñador de circuitos analógicos necesita comprender la función interna de un amplificador operativo (aunque nunca pueda diseñar uno) por casi la misma razón que su contraparte de hace 10 años requirió un conocimiento de la física de semiconductores. Además, se trata de un área donde las buenas prácticas de diseño han evolucionado en un grado notable, y muchas de las técnicas de circuito que se describen en los siguientes capítulos se pueden aplicar a otros tipos de diseño de circuitos electrónicos y sistemas.