Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
Un amplificador operacional o amplificador operacional es un amplificador de voltaje acoplado a CC con una ganancia de voltaje muy alta.
El amplificador operacional es básicamente un amplificador multietapa en el que varias etapas amplificadoras están interconectadas entre sí de una manera muy complicada. Su circuito interno consta de muchos transistores, FET y resistencias . Todo esto ocupa muy poco espacio.
Por lo tanto, está empaquetado en un paquete pequeño y está disponible en forma de circuito integrado (IC). El término Op Amp se utiliza para denotar un amplificador que puede ser configurado para realizar varias operaciones como la amplificación, la resta, la diferenciación, Además, la integración etc. Un ejemplo es el muy popular IC 741 .
El símbolo y su apariencia real en el formato IC se muestran a continuación. El símbolo aparece como una punta de flecha que significa que la señal fluye de salida a entrada.
Indice de contenidos
Terminales de entrada y salida de un amplificador operacional
Un amplificador operacional tiene dos terminales de entrada y un terminal de salida. El amplificador operacional también tiene dos terminales de suministro de voltaje como se ve arriba. Dos terminales de entrada forman la entrada diferencial. Llamamos al terminal, marcado con el signo negativo (-) como el terminal inversor y al terminal marcado con el signo positivo (+) como el terminal no inversor del amplificador operacional . Si aplicamos una señal de entrada en el terminal inversor (-), entonces la señal de salida amplificada está desfasada 180 o con respecto a la señal de entrada aplicada. Si aplicamos una señal de entrada al terminal no inversor (+) entonces la señal de salida obtenida estará en fase, es decir, no tendrá desplazamiento de fase con respecto a la señal de entrada.
Fuente de alimentación para un amplificador operacional
Como se ve en el símbolo del circuito anterior, tiene dos terminales de fuente de alimentación de entrada + V CC y –V CC . Para el funcionamiento de un amplificador operacional, es esencial un suministro de CC de doble polaridad. En el suministro de polaridad dual, conectamos el + V CC al suministro de CC positivo y el terminal –V CC al suministro de CC negativo. Sin embargo, pocos amplificadores operacionales también pueden funcionar con un solo suministro de polaridad. Tenga en cuenta que no hay un terminal de tierra común en los amplificadores operacionales, por lo tanto, la tierra debe establecerse externamente.
Principio de funcionamiento de Op-Amp
Operación de bucle abierto de un amplificador operacional
Como se dijo anteriormente, un amplificador operacional tiene una entrada diferencial y una salida de un solo extremo. Entonces, si aplicamos dos señales, una en la terminal inversora y otra en la terminal no inversora, un amplificador operacional ideal amplificará la diferencia entre las dos señales de entrada aplicadas. A esta diferencia entre dos señales de entrada la llamamos voltaje de entrada diferencial. La siguiente ecuación da la salida de un amplificador operacional. 
Donde, V OUT es el voltaje en el terminal de salida del amplificador operacional. Un OL es la ganancia de bucle abierto para el amplificador operacional dado y es constante (idealmente). Para el IC 741 A OL es 2 x 10 5 .
V 1 es el voltaje en el terminal no inversor.
V2 es el voltaje en el terminal inversor.
(V 1 – V 2 ) es el voltaje de entrada diferencial.
Está claro a partir de la ecuación anterior que la salida será distinta de cero si y solo si el voltaje de entrada diferencial es diferente de cero (V 1 y V 2 no son iguales), y será cero si tanto V 1 como V 2 son igual. Tenga en cuenta que esta es una condición ideal, prácticamente hay pequeños desequilibrios en el amplificador operacional. La ganancia de bucle abierto de un amplificador operacional es muy alta. Por lo tanto, un amplificador operacional de bucle abierto amplifica una pequeña tensión de entrada diferencial aplicada a un valor enorme.
Además, es cierto que si aplicamos un voltaje de entrada diferencial pequeño, el amplificador operacional lo amplifica a un valor considerable, pero este valor significativo en la salida no puede ir más allá del voltaje de suministro del amplificador operacional. Por tanto, no viola la ley de conservación de la energía.
Operación de lazo cerrado
La operación explicada anteriormente del amplificador operacional fue para circuito abierto, es decir, sin retroalimentación. Introducimos retroalimentación en la configuración de circuito cerrado. Esta ruta de retroalimentación alimenta la señal de salida a la entrada. Por tanto, en las entradas hay dos señales presentes simultáneamente. Uno de ellos es la señal aplicada original y el otro es la señal de retroalimentación. La siguiente ecuación muestra la salida de un amplificador operacional de circuito cerrado. 
Donde V OUT es el voltaje en el terminal de salida del amplificador operacional. A CL es la ganancia de bucle cerrado. El circuito de retroalimentación conectado al amplificador operacional determina la ganancia de bucle cerrado A CL . V D = (V 1 – V 2) es el voltaje de entrada diferencial. Decimos que la retroalimentación es positiva si la ruta de retroalimentación devuelve la señal desde el terminal de salida al terminal no inversor (+). La retroalimentación positiva se usa en osciladores. La retroalimentación es negativa si la ruta de retroalimentación devuelve la parte de la señal desde el terminal de salida al terminal inversor (-). Usamos retroalimentación negativa a los amplificadores operacionales utilizados como amplificadores. Cada tipo de retroalimentación, negativa o positiva, tiene sus ventajas y desventajas.
Retroalimentación positiva ⇒ Oscilador
Retroalimentación negativa ⇒ Amplificador La
explicación anterior es el principio de funcionamiento más básico de los amplificadores operacionales.
Características ideales del amplificador operacional
Un amplificador operacional ideal debe tener las siguientes características:
- Ganancia de voltaje infinita (para que se obtenga la salida máxima)
- Resistencia de entrada infinita (debido a esto, casi cualquier fuente puede conducirla)
- Resistencia de salida cero (para que no haya cambios en la salida debido al cambio en la corriente de carga )
- Ancho de banda infinito
- Ruido cero
- Relación de rechazo de fuente de alimentación cero (PSSR = 0)
- Relación de rechazo de modo común infinito (CMMR = ∞)
Amplificador operacional práctico
Ninguno de los parámetros dados anteriormente se puede realizar en la práctica. Un amplificador operacional práctico o real tiene algunas imperfecciones inevitables y, por lo tanto, sus características difieren del ideal. Un amplificador operacional real tendrá parámetros distintos de cero y no infinitos.
Aplicaciones del amplificador operacional
Los amplificadores operacionales integrados ofrecen todas las ventajas de los circuitos integrados, como alta confiabilidad, tamaño pequeño, barato y menor consumo de energía. Se utilizan en una variedad de aplicaciones, como amplificador inversor y amplificadores no inversores , búfer de ganancia unitaria, amplificador sumador , diferenciador , integrador , sumador, amplificador de instrumentación, oscilador de puente de Wien , filtros, etc.
