Amplificador no inversor

configuraciones opam

El amplificador no inversor basado en op amp es una de las configuraciones más típicas y usadas en la electrónica. Nos permite aumentar la señal eléctrica que queramos, multiplicada por una constante a la cual llamamos Ganancia. A diferencia del inversor, el no inversor mantiene la fase, siendo muy útil en aplicaciones como la adquisición de datos de sensores.

Amplificador operacional no-inversor

La imagen siguiente muestra un amplificador operacional en su configuración de no inversor. La señal de entrada se aplica a la entrada no-inversora (+). Una parte de la señal de salida se devuelve a la entrada inversora (-) a través de una red de realimentación. La fracción de la tensión de salida que se devuelve a la entrada determina la ganancia total del amplificador en lazo cerrado.

Como ya hemos visto en el análisis del amplificador operacional inversor, las configuraciones en lazo cerrado fuerzan a que la diferencia de tensión en los bornes de entrada del op amp sea 0 V. A éste fenómeno se le conoce como “masa virtual”, y nos ayuda mucho a entender el funcionamiento de los amplificadores en lazo cerrado.

Fórmulas y circuito para el amplificador operacional no inversor

circuito amplificador operacional no inversor

Para entender el circuito y sus fórmulas, como en todos los amplificadores con realimentación negativa, debemos de partir de dos premisas:

  • La corriente de entrada a los pines inversor y no inversor es 0 A. Ésto es debido a la alta impedancia de entrada del amplificador.
  • La diferencia de tensión entre los pines de entrada es 0 V.

A partir de aquí, podemos entender todo el funcionamiento de nuestra etapa de potencia.

Como la tensión en ambos pines de entrada es la misma, tenemos que:

formulas opamp

También sabemos que 0 A entran en el pin inversor del op-amp, por lo que podemos calcular Vf a partir de la fórmula de un divisor de tensión:

configuraciones amplificador operacional

Y para calcular la ganancia del amplificador en lazo cerrado, solo tenemos que relacionar Vout con Vin.

ganancia amplificador no inversor

Como podemos ver, la ganancia del amplificador en lazo cerrado no depende de la ganancia propia en lazo abierto, la cual idealmente es infinita. Ésto nos permite diseñar un amplificador con la ganancia que nosotros queramos, controlada a partir de las resistencias Rf y Ri.

Aplicaciones del amplificador operacional no inversor.

El poder controlar la ganancia a nuestro antojo nos brinda un gran abanico de aplicaciones. Una muy típica es la amplificación de señales eléctricas provenientes de sensores, para así aprovechar al máximo el rango de nuestro ADC.

Imagina que en uno de tus proyectos, quieres leer la señal que proporciona un sensor con una salida de 0 V hasta 1 V. Conectamos nuestro sensor a un Arduino, el cual incorpora un ADC de 0 V hasta 5 V y vemos que, aún cuando el sensor está dando su valor máximo, nuestro Arduino lee 1/5 del valor que es capaz de leer. Ésto nos hace perder mucha resolución y sensibilidad, por lo que, para aprovechar al máximo el rango del ADC, podemos incorporar una etapa op amp no inversora con una ganancia de 5. Así, cuando el sensor llegue a su máximo, el ADC también lo hará, ganando en resolución.

Ejemplo: amplficador operacional no inversor con LM741

Vamos con un ejemplo donde calcularemos la ganancia de nuestra etapa no inversora. El LM741 es uno de los op amps más típicos en amplificadores de uso general. Si tenemos la configuración de la imagen, ¿Cuál es la ganancia del amplificador no inversor?

amplificador lm741 ejemplo

Como sabemos, la ganancia en tensión en un amplificador no inversor es:

formula opamp no inversor

Ésto quiere decir que la tensión a la salida del amplificador operacional será 22,3 veces mayor que la de entrada.