Saltar al contenido principal
LibreTexts Español

2.2: ¿Qué es un amplificador operacional?

  • Page ID
    87516
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Un amplificador operacional es, en esencia, un amplificador multietapa de alta ganancia tratado como una sola entidad. Normalmente, los amplificadores operacionales tienen una entrada diferencial y una salida de un solo extremo. En otras palabras, una entrada produce una señal de salida invertida, y la otra entrada produce una señal de salida no invertida. A menudo, el amplificador operacional se acciona desde una fuente de alimentación bipolar (es decir, dos fuentes, una positiva y otra negativa). Se puede usar casi cualquier tipo de dispositivo amplificador activo para las etapas individuales. Los amplificadores operacionales se pueden hacer completamente a partir de tubos de vacío o transistores bipolares discretos (y por supuesto, se hicieron de esa manera hace algunos años). Los avances en la fabricación de semiconductores a finales de la década de 1960 y principios de los 70 finalmente permitieron miniaturizar los componentes requeridos y colocar todo el asunto en un solo chip de silicio (de ahí el término, circuito integrado). A través del uso común, esto es lo que generalmente se entiende por el término amplificador operacional hoy.

    Como se ve en la Figura\(\PageIndex{1}\), un amplificador operacional típico tiene al menos cinco conexiones distintas; una entrada inversora (etiquetada “-”), una entrada no inversora (etiquetada como “+”), una salida y entradas de fuente de alimentación positiva y negativa. Estas conexiones de fuente de alimentación a veces se denominan rieles de suministro. Tenga en cuenta que una conexión a tierra no se da directamente. Más bien, una conexión a tierra está implícita a través de las otras conexiones. Este símbolo y sus conexiones asociadas son típicos, pero de ninguna manera absolutos. Hay una amplia variedad de dispositivos disponibles para el diseñador que ofrecen características tales como salidas diferenciales o operación de fuente de alimentación unipolar. En cualquier caso, se utilizará alguna forma de triángulo para el símbolo esquemático.

    2.2.1.png

    Figura\(\PageIndex{1}\): Símbolo de amplificador operacional general.

    Lo mejor es pensar en los amplificadores operacionales como bloques de construcción de uso general. Con ellos, se puede crear una amplia variedad de circuitos útiles. Para trabajos de propósito general, el diseño con amplificadores operacionales suele ser mucho más rápido y económico que un enfoque completamente discreto. Del mismo modo, pueden disminuir las restricciones de solución de problemas y empaque. Para aplicaciones más exigentes, como aquellas que requieren muy bajo nivel de ruido, alta corriente y/o voltaje de salida, o ancho de banda amplio, los fabricantes han creado amplificadores operacionales especializados. Sin embargo, la última palabra en el rendimiento de hoy todavía está dominada por diseños de circuitos discretos. Además, es muy común ver una mezcla de dispositivos discretos e integrados en un circuito dado. Ciertamente no existe ninguna ley que establezca que los amplificadores operacionales solo se puedan usar con otros amplificadores operacionales. A menudo, una mezcla juiciosa de dispositivos discretos y amplificadores operacionales puede producir un circuito superior a uno hecho completamente de discretos o amplificadores operacionales solos.

    ¿Dónde podrías encontrar circuitos de amplificador operacional? En una palabra, en cualquier lugar. Probablemente estén en uso en el estéreo de tu hogar o TV donde ayudan a capturar las señales entrantes, en instrumentos musicales electrónicos donde se pueden usar para crear y modificar tonos, en una cámara junto con un sistema de medición de luz, o en instrumentos médicos donde podrían usarse junto con diversos biografías dispositivos de detección. Las posibilidades son casi infinitas.

    2.2.1: Diagrama de bloques de un amplificador operacional

    En este punto tal vez te estés preguntando, “¿qué hay dentro del amplificador operacional?” El amplificador operacional genérico consta de tres etapas funcionales principales. Un amplificador operacional real puede contener más de tres etapas distintas, pero puede reducirse a este nivel para su análisis. En la Figura se da una representación discreta generalizada\(\PageIndex{2}\). Dado que el amplificador operacional requiere un esquema de entrada diferencial, la primera etapa suele ser un amplificador diferencial. Como se ve aquí,\(Q_1\) y\(Q_2\) comprenden un amplificador diferencial basado en PNP. La salida de un colector (\(Q_2\)aquí) se alimenta luego a una segunda etapa de alta ganancia. Esta etapa generalmente incluye un condensador de red de retardo que juega un papel importante en la configuración de las características de CA del amplificador operacional (esto se examina más a fondo en el Capítulo Cinco). \(Q_3\)conforma la segunda etapa en el ejemplo. Se establece en una configuración de emisor común tanto para ganancia de corriente como de voltaje. El condensador de retardo mencionado anteriormente se coloca a través\(Q_3\) de la unión base-colector para aprovechar el efecto Miller. La tercera y última sección es un seguidor de clase B o clase AB para el accionamiento de carga más efectivo. \(Q_4\)y\(Q_5\) conforman la etapa final. Los diodos gemelos compensan las\(Q_5\)\(V_{BE}\) caídas\(Q_4\) y, y producen una corriente de polarización de goteo que minimiza la distorsión. Esta es una etapa AB de clase relativamente estándar. Tenga en cuenta que todo el circuito está acoplado directamente. No hay redes de plomo y, por lo tanto, el amplificador operacional puede amplificarse hasta cero Hertz (DC). Hay muchos cambios posibles que se pueden ver en un circuito del mundo real, incluyendo el uso de pares Darlington o FET para el amplificador diferencial, múltiples etapas de alta ganancia y limitación de corriente de salida para la sección de clase B.

    2.2.2.png

    Figura\(\PageIndex{2}\): Esquema general de amplificador operacional.

    El circuito discreto de ejemplo utiliza solo cinco transistores y dos diodos. Por el contrario, una versión integrada puede utilizar de dos a tres docenas de dispositivos activos. Debido a las excelentes capacidades de coincidencia de dispositivos de la integración de un solo chip, se utilizan ciertas técnicas a favor de diseños discretos estándar. Las fuentes de corriente IC internas se fabrican normalmente mediante el uso de espejos de corriente. También se emplean configuraciones de espejo actuales para crear cargas activas, con el fin de lograr la máxima ganancia del circuito.

    2.2.3.png

    Figura\(\PageIndex{3}\): Esquema simplificado LF411. Reimpreso cortesía de Texas Instrutments

    Un amplificador operacional integrado típico contendrá muy pocas resistencias y, por lo general, solo uno o dos condensadores de red de retardo. Debido a limitaciones de tamaño y otros factores, los inductores prácticamente no se ven en estos circuitos. En la Figura se muestra un circuito equivalente simplificado del amplificador operacional LF411\(\PageIndex{3}\). Tenga en cuenta que este dispositivo usa JFET para el amplificador diff con una carga activa. La fuente de corriente de cola de amplificador diferencial y la fuente de polarización de goteo clase AB se muestran como fuentes de corriente simples. En realidad, son un poco más complejos, utilizando arreglos de espejo actuales.

    Uno de los amplificadores operacionales más populares a lo largo de los años ha sido el 741. Las especificaciones de este dispositivo parecen bastante mediocres para los estándares actuales, pero fue uno de los primeros dispositivos fáciles de usar producidos. Como resultado, ha encontrado su camino en una gran cantidad de diseños. De hecho, sigue siendo una opción acertada para aplicaciones menos exigentes, o donde los costos de las piezas son una consideración importante. En la Figura se muestra\(\mu\) un esquema completo de la A 741\(\PageIndex{4}\). Varios fabricantes diferentes hacen el 741. Esta versión es fabricada por Signetics, y puede ser algo diferente a una 741 fabricada por otra compañía 1. El circuito contiene 20 dispositivos activos y alrededor de una docena de resistencias.

    2.2.4.png

    Figura\(\PageIndex{4}\): Esquema de\(\mu\) A741. Reimpreso cortesía de Philips Semiconductors

    A primera vista, este circuito puede parecer irremediablemente confuso. Una mirada más cercana revela muchos bloques de circuitos familiares. En primer lugar, notará que una serie de dispositivos muestran una conexión en cortocircuito entre sus terminales base y colectores\(Q_8\), como\(Q_{11}\), y\(Q_{12}\). En esencia, estos son diodos (se dibujan de esta manera porque se fabrican como uniones de transistores. De hecho, es más fácil hacer diodos de esta manera). En su mayor parte, estos diodos son parte de las redes de polarización de espejo actuales. La configuración de sesgo se encuentra en el centro mismo del esquema, y gira en torno\(Q_9\) a través de\(Q_{12}\). La corriente de configuración se encuentra restando dos caídas de diodo (\(Q_{11}, \(Q_{12}\)) del potencial total de la fuente de alimentación (\(V_{+} - V_{-}\)) y dividiendo el resultado por\(R_5\). Para una fuente de alimentación en\(\pm15\) V estándar, esto funciona para

    \[ I_{bias} = \frac{V_{+} − V_{-} −V_{BE-Q11} −V_{BE-Q12}}{R_5} \nonumber \]

    \[ I_{bias} = \frac{30\ V - 1.4\ V}{39\ k \Omega} \nonumber \]

    \[ I_{bias} = 733 \mu A \nonumber \]

    Esta corriente se refleja en\(Q_{13}\). Una mirada cercana\(Q_{10}\) y\(Q_{11}\) revela que esta porción no es un simple espejo de corriente. Al incluir\(R_4\), la caída de voltaje a través del emisor base de\(Q_{10}\) se disminuye, produciendo así una corriente menor que\(733 \mu A\). Esta configuración se conoce como fuente de corriente Widlar. La derivación de la ecuación actual exacta está bastante involucrada, y más allá del alcance de este capítulo 2. Esta corriente se refleja en\(Q_8\) vía\(Q_9\), y establece la corriente de cola para el amplificador diferencial. La etapa de amplificador diferencial utiliza un total de cuatro transistores de amplificación en una configuración de colector común/base común (\(Q_1\)a través de\(Q_4\)). En esencia,\(Q_1\) y\(Q_2\) se configuran como seguidores emisores, produciendo así una alta impedancia de entrada y una ganancia de corriente razonable. \(Q_3\)y\(Q_4\) se configuran como amplificadores de base comunes, y como tales, producen una gran ganancia de voltaje. La ganancia es maximizada por la carga activa compuesta por\(Q_5\) a través\(Q_7\). La señal de salida en el colector de\(Q_4\) pasa a una etapa de alta ganancia de doble transistor (\(Q_{16}\)y\(Q_{17}\)). \(Q_{16}\)está configurado como un seguidor de emisor y búferes\(Q_{17}\), que se establece como un amplificador de voltaje de emisor común. La resistencia\(R_{11}\) sirve para estabilizar tanto la polarización como la ganancia de esta etapa (es decir, es una degeneración del emisor o resistencia de pantano). \(Q_{17}\)se acopla directamente a la etapa de salida de clase AB (\(Q_{14}\)y\(Q_{20}\)). Tenga en cuenta el uso de un\(V_{BE}\) multiplicador para polarizar los transistores de salida. El\(V_{BE}\) multiplicador se forma a partir de\(Q_{18}\) y resistencias\(R_7\) y\(R_8\). Tenga en cuenta que esta sección recibe su corriente de polarización de la\(Q_{13}\) cual forma parte del complejo espejo de corriente central.

    Algunos transistores en este circuito se utilizan únicamente para la protección contra sobrecargas. Un buen ejemplo de ello es\(Q_{15}\). A medida que aumenta la corriente de salida, el voltaje\(R_9\) transversal aumentará proporcionalmente. Tenga en cuenta que esta resistencia está en paralelo con la unión del emisor base de\(Q_{15}\). Si este potencial se pone lo suficientemente alto,\(Q_{15}\) se encenderá, derivando la corriente de la unidad base alrededor del dispositivo de salida (\(Q_{14}\)). De esta manera, se reduce la ganancia de corriente y la corriente de salida máxima se limita a un valor seguro. Este valor limitante se puede encontrar a través de la Ley de Ohm:

    \[ I_{limit} = \frac{V_{BE}}{R_9} \nonumber \]

    \[ I_{limit} = \frac{0.7\ V}{25\ \Omega} \nonumber \]

    \[ I_{limit} = 28\ mA \nonumber \]

    De manera similar,\(Q_{20}\) está protegido por\(R_{10}\),\(R_{11}\), y\(Q_{22}\). Si la salida intenta hundir una corriente demasiado grande,\(Q_{22}\) se encenderá, desviando la corriente lejos de la base de\(Q_{16}\). Si bien los esquemas de amplificador operacional individuales variarán ampliamente, generalmente se aferran al tema básico de cuatro partes que se presenta aquí:

    • Una sección central de fuente/espejo de corriente para establecer el sesgo adecuado.
    • Una etapa de entrada de amplificador diferencial con carga activa.
    • Una etapa intermedia de ganancia de alto voltaje.
    • Una sección de salida de seguidor de clase B o AB.

    Afortunadamente para el diseñador o técnico de reparación, generalmente no se requiere un conocimiento íntimo de la estructura interna de un amplificador operacional en particular para la aplicación exitosa del dispositivo. De hecho, algunos modelos simples se pueden utilizar para la mayoría de los casos. Un modelo muy útil se da en la Figura\(\PageIndex{5}\).

    2.2.5.png

    Figura\(\PageIndex{5}\): Modelo simplificado.

    Aquí todo el amplificador operacional multietapa se modela con una simple red de entrada resistiva y una salida de fuente de voltaje. Esta fuente de salida es una fuente dependiente. Específicamente, es una fuente de voltaje controlado por voltaje. El valor de esta fuente es

    \[ E_{out} = A_v\ (V_{in+}−V_{in-}) \nonumber \]

    La red de entrada se especifica como una resistencia de cada entrada a tierra, así como una resistencia de aislamiento de entrada a entrada. Para amplificadores operacionales típicos, estos valores son normalmente cientos de kilo-ohmios o más a bajas frecuencias. Debido a la etapa de entrada diferencial, la diferencia entre las dos entradas se multiplica por la ganancia del sistema. Esta señal se presenta al terminal de salida a través de la impedancia de salida de la etapa final. Lo más probable es que la impedancia de salida sea inferior a 100\(\Omega\). Las ganancias de voltaje del sistema superiores a 80 dB (10,000) son la norma.

    2.2.2: Un Modelo Simple de Simulación de Amplificador Op

    Es posible crear una gran variedad de modelos de simulación para cualquier amplificador operacional dado. En términos generales, cuanto más preciso sea el modelo, más probable es que sea complejo. Debido a la naturaleza de la mayoría de los simuladores, un modelo más complejo requiere una mayor cantidad de tiempo para que se complete un análisis. Siempre hay una compensación entre la complejidad del modelo y el tiempo de cálculo. Podemos crear un modelo muy simple basado en la sección anterior. Este modelo se muestra en la Figura\(\PageIndex{6}\).

    2.2.6.png

    Figura\(\PageIndex{6}\): Modelo SPICE simplificado.

    Consta de sólo cinco nodos. La sección de entrada se modela como una sola resistencia,\(R_{in}\), entre los nodos 1 y 2. Estos dos nodos son las entradas no inversoras e inversoras del amplificador operacional, respectivamente. La segunda mitad del modelo consiste en una fuente de voltaje controlado por voltaje y una resistencia de salida. El valor de esta fuente dependiente es una función del voltaje de entrada diferencial y la ganancia de voltaje. Con un mínimo de componentes, el tiempo de simulación para este modelo es muy bajo. Para utilizar este modelo, solo necesita establecer tres parámetros, la resistencia de entrada, la resistencia de salida y la ganancia de voltaje. Un ejemplo se muestra en la Figura\(\PageIndex{7}\) usando Multisim.

    2.2.7.png

    Figura\(\PageIndex{7}\): Modelo de amplificador operacional simple en Multisim.

    Este modelo debe ser usado con mucho cuidado porque es muy simplista. Es útil como herramienta de aprendizaje para investigar el funcionamiento general de un amplificador operacional, pero nunca debe considerarse como parte de una simulación real. Este modelo no intenta considerar las muchas limitaciones del amplificador operacional. Debido a que este modelo de ninguna manera impone límites de oscilación de señal de salida, los efectos de saturación pasarán desapercibidos. Del mismo modo, no se ha hecho ningún intento de modelar la respuesta de frecuencia del amplificador operacional. Esto es de gran preocupación y dedicaremos un tiempo considerable sobre este tema en capítulos posteriores. También se ignoran muchos otros efectos. Con tantas limitaciones, tal vez te preguntes dónde se puede usar tal modelo. Este modelo es útil para simulaciones no críticas dadas entradas de baja frecuencia. También debes reconocer el inicio de la saturación (recorte) tú mismo. Su principal ventaja es que el modelo de circuito es pequeño, y por lo tanto computacionalmente rápido. Debido a esto, es muy eficiente para los estudiantes que son nuevos tanto en amplificadores operacionales como en simulación de circuitos. Quizás de igual importancia, es el hecho de que este modelo señala el hecho de que sus resultados de simulación sólo pueden ser tan buenos como los modelos que utilice. Mucha gente cae en la trampa de que “debido a que la simulación vino de una computadora, debe ser correcta”. Nada podría estar más lejos de la verdad. Recuerda siempre el viejo axioma: GIGO (Garbage In = Garbage Out). Puede ser muy instructivo simular un circuito usando diferentes niveles de precisión y complejidad, y luego observar qué tan cerca coinciden los resultados con el mismo circuito construido en el laboratorio.

    2.2.3: Hoja de Datos e Interpretación de Amplificador Op

    Diferentes fabricantes suelen utilizar códigos especiales y convenciones de nomenclatura para delinear sus productos de los de otros fabricantes, además de proporcionar información sobre el nivel de calidad y la fabricación. El código de un fabricante suele ser un prefijo de letra, mientras que un código de calidad o construcción es un sufijo. Los códigos de prefijo comunes incluyen\(\mu\) A (Fairchild), AD (Analog Devices), CS (Crystal), LM, LH y LF (National Semiconductor, ahora propiedad de Texas Instruments, con M indicando construcción monolítica, H indicando construcción híbrida y F indicando un dispositivo FET), LT (Linear Technology), MC (Motorola), NE y SE (Signetics), OPA (Burr-Brown) y TL (Texas Instruments).

    Muchos fabricantes fabrican una gran cantidad de piezas estándar como la 741. Por ejemplo, Texas Instruments fabrica el LM741, mientras que Fairchild hace el\(\mu\) A741. Estas partes generalmente se consideran intercambiables, aunque pueden variar de alguna manera. Algunos fabricantes utilizarán el código de prefijo del desarrollador original de una pieza, y reservarán su prefijo para sus propios diseños. A modo de ejemplo, Signetics produce su versión del 741, al que llaman\(\mu\) A741 porque este amplificador operacional fue desarrollado por primera vez por Fairchild. (Los signeticos son referidos entonces como una segunda fuente para el\(\mu\) A741).

    Los códigos de sufijo varían ampliamente entre los fabricantes. Las designaciones típicas para piezas de grado de consumo son C y CN. El sufijo N a menudo significa No Calificado. Curiosamente, la falta de un sufijo final a menudo indica una pieza de muy alta calidad, generalmente con un rango de temperatura extendido. Los códigos de sufijo también se utilizan para indicar estilos de paquete. Esta práctica es particularmente popular entre los reguladores de voltaje y otros CI lineales de alta potencia.

    Por último, algunos fabricantes utilizarán un sistema de numeración “paralelo” para piezas de alta calidad. Por ejemplo, el dispositivo de grado comercial puede tener un número de pieza de “serie 300”, con grado industrial dado una designación de “serie 200”, y una parte de grado militar con un número de “serie 100”. Un posible ejemplo es el amplificador operacional de grado comercial LM318 versus su contraparte de alto grado, el LM118. Generalmente, las piezas militares especificadas tendrán un rango de temperatura muy amplio, con grados industriales y comerciales que ofrecen progresivamente menos.

    La hoja de datos para el amplificador operacional LF411 se muestra en la Figura\(\PageIndex{8}\). Echemos un vistazo a algunos de los parámetros básicos y descripciones. Los valores dados son típicos de un amplificador op moderno. Una investigación completa de todos los parámetros se dará en el Capítulo Cinco, una vez que nos hayamos familiarizado un poco más con el dispositivo.

    2.2.8.png

    Figura\(\PageIndex{8}\): Ficha técnica del LF411. Reimpreso cortesía de Texas Instrutments

    2.9.png

    Figura\(\PageIndex{8}\) (cont.): Ficha técnica para el LF411. Reimpreso cortesía de Texas Instrutments

    Primero, tenga en cuenta que se dan dos versiones del CI. Examinaremos el LF411 en lugar del LF411A de alto grado. En la parte superior de la hoja de datos hay una lista de las calificaciones máximas absolutas. El amplificador operacional nunca debe funcionar a valores mayores que los presentados, ya que hacerlo puede dañarlo permanentemente. Como la mayoría de los amplificadores operacionales de uso general, el LF411 es alimentado por una fuente de alimentación bipolar. Los rieles de suministro nunca deben superar los\(\pm\) 18 V CC. Normalmente, los amplificadores operacionales se utilizarán con suministros de\(\pm\) 15 V. La disipación de potencia máxima se da como 670 mW. Obviamente entonces, se trata de un pequeño dispositivo de señal. De acuerdo con esto, el rango de temperatura de funcionamiento y las temperaturas máximas de unión son relativamente bajas. También vemos que el dispositivo puede soportar señales de entrada diferenciales de hasta 30 V, y entradas de un solo extremo de hasta 15 V, sin daños. En la salida, el LF411 es capaz de soportar continuamente una condición de carga en cortocircuito. Esto hace que el amplificador operacional sea un poco más “a prueba de balas”. El resto de esta sección detalla las condiciones de soldadura. El calor excesivo durante la soldadura puede dañar el dispositivo.

    La segunda sección de la hoja de datos enumera las características de CC del amplificador operacional. Esta tabla se desglosa en cinco secciones principales:

    • El símbolo del parámetro.
    • El nombre del parámetro.
    • Las condiciones bajo las cuales se mide el parámetro.
    • Los valores de los parámetros, ya sean típicos o mínimo/máx.
    • Las unidades de parámetros.

    Examinaremos algunos de estos parámetros en este momento. El cuarto parámetro dado es\(I_B\), la corriente de polarización de entrada. \(I_B\)es la corriente extraída por las bases (o puertas) de la etapa del amplificador diferencial de entrada. Debido a que el LF411 utiliza un amplificador diferencial JFET, esperamos que este valor sea bastante pequeño. Para una temperatura de funcionamiento de\(25^{\circ}\) C, un LF411 típico extraerá 50 pA, y un LF411 en el peor de los casos no superior a 200 Pa. Si extendemos un poco el rango de temperatura, se\(I_B\) puede extender a 50 nA. Este es un salto considerable, pero incluso 50 nA es un valor muy pequeño para el trabajo de propósito general. Debido a que las corrientes de polarización más grandes normalmente se consideran indeseables, el máximo\(I_B\) es el peor de los casos, de ahí que no\(I_B\) se reporta un mínimo. Junto con esto, vemos un valor muy alto para la resistencia de entrada, algunos\(10^{12} \Omega\), típicamente. Los amplificadores operacionales que utilizan dispositivos de entrada bipolares mostrarán valores mucho más altos para\(I_B\), y valores mucho más bajos para\(R_{in}\).

    El siguiente en la fila viene\(A_{vol}\). Esta es la ganancia de voltaje de CC. Tenga en cuenta las condiciones de prueba. La fuente de alimentación se establece en\(\pm\) 15 V, la carga es de 2 k\(\Omega\) y\(V_{out}\) es de pico de 10 V. Normalmente, deseamos la mayor ganancia posible, por lo que el peor de los casos es el mínimo\(A_{vol}\). Para la operación\(25^{\circ}\) C esto se especifica como 25 V/mV, o 25,000. El dispositivo promedio producirá una ganancia de 200,000. Como es típico, una vez que el rango de temperatura se expande el rendimiento se degrada. En el rango de temperatura de funcionamiento, la ganancia mínima puede caer a 15,000.

    Debido a que el amplificador operacional utiliza un seguidor de clase AB para su etapa de salida, debemos esperar que el cumplimiento de la salida esté muy cerca de los rieles de la fuente de alimentación. La oscilación de voltaje de salida se especifica para suministros de\(\pm\) 15 V con una\(\Omega\) carga de 10 k. El dispositivo típico puede oscilar a\(\pm\) 13.5 V, con un giro en el peor de los casos de\(\pm\) 12 V. Una reducción en el valor de la fuente de alimentación naturalmente hará que la oscilación de salida máxima disminuya. Una reducción considerable en la resistencia de carga también provocará una caída\(V_o\), como veremos un poco más adelante. Estos valores máximos de salida son causados por las etapas internas que alcanzan sus límites de saturación. Cuando esto sucede, se dice que el amplificador operacional está recortando o en saturación. Como regla general, la saturación puede aproximarse a 1.5 V menos que la magnitud de las fuentes de alimentación.

    El último elemento de la lista es el consumo de corriente en espera,\(I_S\). Observe lo pequeño que es esto, solo 1.8 mA, 3.4 mA en el peor de los casos. Esta es la corriente que el amplificador operacional extrae del suministro sin condiciones de señal. Al producir señales de salida, el consumo de corriente aumentará.

    La sección final de la hoja de datos enumera ciertas características de CA del amplificador operacional que serán de gran preocupación para nosotros en secciones posteriores. Muchos parámetros del dispositivo cambian mucho con la frecuencia, la temperatura, el voltaje de suministro u otros factores. Debido a esto, las hojas de datos también incluyen una gran cantidad de gráficas que detallan aún más el rendimiento del amplificador operacional. Finalmente, las pistas de aplicación y los circuitos típicos pueden completar la hoja de datos básica.

    Referencias

    1 Si bien los circuitos internos exactos pueden ser alterados, las distintas versiones de los fabricantes tendrán los mismos pinouts y especificaciones de rendimiento muy similares.

    2 Una derivación completa de la fuente de corriente Widlar se puede encontrar en Principles of Electronic Circuits, de S.G.Burns y P.R.Bond, 1987, West Publishing Company.


    This page titled 2.2: ¿Qué es un amplificador operacional? is shared under a CC BY-NC-SA 4.0 license and was authored, remixed, and/or curated by James M. Fiore via source content that was edited to the style and standards of the LibreTexts platform; a detailed edit history is available upon request.