Amplificador Operacional | El componente que mueve el mundo.

amplificador operacional realimentado

El amplifcador operacional, también conocido como op-amp es la base de toda la electrónica analógica moderna. Sin ellos, sería dificil imaginar la tecnología de la que disponemos hoy en día. Su funcionamiento a grandes rasgos es sencillo: como todo amplificador, se encarga de aumentar la señal que le introducimos a la entrada (en nuestro caso, una señal eléctrica).

Dicen que la ingeniería es lo más parecido a la magia que existe en nuestro mundo. Y aunque suene algo pretencioso, tiene gran parte de verdad. Componentes como los amplificadores operacionales nos abren un abanico de posibilidades tan amplio que solo nuestra capacidad de imaginar puede ponerle límites. En esta web encontrarás (casi) todo lo que se puede saber sobre los amplificadores operacionales de forma totalmente gratuita: sus circuitos, consejos de diseño y mucho más. Si quieres entender y dominar la “magia” que pueden ofrecernos, ¡Sigue leyendo!

¿Para qué sirve un op-amp?

op-amp circuitos

El mundo y la naturaleza funcionan con señales analógicas, y aunque nos encontremos en plena era de lo digital, la electrónica analógica y los amplificadores operacionales siguen siendo elementos vitales para nuestra tecnología. Si queremos adquirir datos de temperatura, altitud, sonido, presión o cualquier otra magnitud presente en la naturaleza, es evidente que deberemos trabajar con señales analógicas, y por consiguiente, nuestra circuitería de adquisición deberá basarse en elementos analógicos para sacar el máximo partido a nuestros datos antes de convertirlos a digital.

amplificador operacional saturado

El término amplificador operacional, OPAMP o AO define un tipo especial de amplificador (generalmente integrado en un chip) que mediante la adecuada selección de los componentes externos al mismo, puede ser configurado para una amplia variedad de operaciones tal como amplificación, adición, sustracción, diferenciación e integración. El gran abanico de posibilidades que nos ofrecen los hacen un elemento esencial en tareas como el filtrado y adecuado de señal, el audio, vídeo y la adquisición de datos.

¿Cómo funciona un amplificador operacional?

El amplificador operacional es un circuito integrado que dispone de dos entradas (una positiva y una negativa) y una sola salida. La tensión a la salida del amplificador es igual a la diferencia entre las dos entradas, multiplicada por un factor llamado ganancia. La ganancia del op-amp es muy grande, idealmente infinita, y suele describirse con la letra A.

ganancia amplificador operacional

El amplificador operacional es un dispoistivo que básicamente trabaja de dos formas:

  • En régimen no-saturado o lineal, con realimentación negativa.
  • En régimen saturado o no-lineal, con realimentación positiva o en lazo abierto.

Como todo elemento activo, el amplificador operacional debe ser alimentado. Para ello dispone de dos entradas más, normalmente conocidas como Vcc y Vee. Como ya sabemos, la tensión a la salida del amplificador nunca será mayor a la tensión de alimentación, por lo que elegir el tipo correcto de alimentación de nuestro opamp es una tarea importante. Si queremos tensiones positivas y negativas a la salida, necesitaremos una alimentación bipolar. Si por el contrario trabajaremos solo con tensiones positivas a la salida, una alimentación unipolar será suficiente.

El amplificador operacional en lazo abierto

opamp lazo abierto

Como ya hemos visto, la salida del amplificador es proporcional a la diferencia de tensión a la entrada, multiplicada por la ganancia del operacional. Ya que ésta es idealmente infinita, cualquier pequeño desequilibrio entre las tensiones de entrada v+ y v- el dispositivo multiplicará esa diferencia lo máximo que pueda, es decir, proporcionando a la salida la misma tensión de alimentación. A éste fenómeno se le conoce como saturación.

Si la tensión v+ es mayor a v-, a la salida tendremos el voltaje de alimentación positivo o Vcc. Si por el contrario, v- es mayor a v+ la diferencia será negativa, y por lo tanto, la tensión a la salida será el voltaje de alimentación negativo o Vee.

Algunas de las aplicaciones típicas del op-amp en lazo abierto son las de comparador analógico o las de disparador (Trigger de Schmitt)

El amplificador operacional en lazo cerrado

amplificador inversor

Pero donde realmente la precisión del amplificador operacional brilla es en sus configuraciones en lazo cerrado. Cuando la salida está conectada a la entrada inversora del amplificador, la salida del circuito es predecible, ya que la ganancia del circuito ya no será infinito, sino que vendrá determinada por los componentes externos.

Características del amplificador operacional ideal

Un amplificador operacional, OPAMP, normalmente incorpora una etapa de entrada diferencial con alta impedancia, una etapa con ganancia intermedia, y una etapa de salida push-pull con baja impedancia de salida. Esta exacta configuración dota al dispositivo de las siguientes características:

  • Ganancia idealmente infinita
  • Impedancia infinita de entrada
  • Impedancia de salida nula

Un poco de historia…

historia del amplificador operacional

La historia de los amplificadores diferenciales se remonta hasta Alan Blumlein, quien en 1936 patentó un equipo con un par de válvulas con sus catodos conectados a tierra a través de un resistor común. Sin embargo, los primeros amplificadores operacionales basados en válvulas no pueden son realmente amplificadores diferenciales: solo disponen de una entrada de realimentación negativa.

El término amplificador operacional fue acuñado por John R. Ragazzinni, profesor de la Universidad de Columbia, en un artículo de 1947 (‘Analysis of Problems in Dynamics by Electronic Circuits’). Sin embargo, un estudiante de la misma universidad, Loebe Julie, diseñó y realizó un amplificador con características similares a las de un amplificador operacional algunos años antes, sobre 1942.

El primer amplificador operacional de uso comercial fue el Fairchild uA709, diseñado por Bob Widlar en 1965. A decir verdad, era un componente muy difícil de usar, caro, que necesitaba de complejas compensaciones externas y sin protección contra cortocircuitos a su salida.

La llegada del LM741 fue una revolución en la tecnología de los amplificadores. Podemos considerar que fue el primer amplificador operacional realmente práctico de uso omercial.

La llegada de los op-amps construidos en circuitos integrados abrió un nuevo abanico de posibilidades electrónicas. La llegada de algo nuevo fue recibido con mucho entusiasmo por diversos sectores, pero el audio no fue uno de ellos. El bajo SLEW-RATE de los primeros amplificadores hacía imposible llegar a los 20 kHz (la frecuencia más aguda audible por el oído humano. Hasta 1977, la única manera de conseguir un buen preamplificador fue mediante circuitería discreta basada en trannsistores en clase A. La llegada del TL072 revolucionó por completo el sector, dando unos resultados excelentes y de alta fidelidad para aplicaciones de audio.