Amplificadores Operacionales

Amplificadores Operacionales

Amplificador operacional

Un amplificador operacional, a menudo conocido op-amp por sus siglas en inglés (operational amplifier) es un dispositivo amplificador electrónico de alta ganancia acoplado en corriente continua que tiene dos entradas y una salida. En esta configuración, la salida del dispositivo es, generalmente, de cientos de miles de veces mayor que la diferencia de potencial entre sus entradas.

Historia

El concepto del amplificador operacional surgió hacia 1947, como un dispositivo construido con tubos de vacío, 1 como parte de las primeras computadoras analógicas dentro de las cuales ejecutaban operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.), de lo cual se originó el nombre por el cual se le conoce. El primer amplificador operacional monolítico construido como circuito integrado, fue desarrollado en 1964 en la empresa Fairchild Semiconductor por el ingeniero electricista estadounidense Robert John Widlar y llevó el número de modelo μA702. 1 A éste le siguió el μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular μA741 (1968), desarrollado por David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar, el cual se convirtió en estándar de la industria electrónica. Principio de operación

Los diseños varían entre cada fabricante y cada producto, pero todos los amplificadores operacionales tienen básicamente la misma estructura interna, que consiste en tres etapas:

Amplificador diferencial: es la etapa de entrada que proporciona una baja amplificación del ruido y gran impedancia de entrada. Suelen tener una salida diferencial.

Amplificador de tensión: proporciona ganancia de tensión.

Amplificador de salida: proporciona la capacidad de suministrar la corriente necesaria, tiene una baja impedancia de salida y, usualmente, protección frente a cortocircuitos. Éste también proporciona una ganancia adicional.1

El dispositivo posee dos entradas: una entrada no inversora (+), en la cual hay una tensión indicada como V + {\displaystyle V_}} {\displaystyle V_{} y otra inversora (–) sometida a una tensión V − {\displaystyle V_}} {\displaystyle V_{}. En forma ideal, el dispositivo amplifica solamente la diferencia de tensión en las entradas, conocida como tensión de entrada diferencial ( v in = V + − V − {\displaystyle v_{\text{in}}=V_}-V_}} {\displaystyle v_{\text{in}}=V_{-V_{}). La tensión o voltaje de salida del dispositivo V o u t {\displaystyle V_{\rm {out}}} {\displaystyle V_{\rm {out}}} está dada por la ecuación:

V out = A OL ( V + − V − ) = A OL V in {\displaystyle V_{\!{\text{out}}}=A_{\text{OL}}\,(V_{\!+}-V_{\!-})=A_{\text{OL}}V_{\text{in}}} {\displaystyle V_{\!{\text{out}}}=A_{\text{OL}}\,(V_{\!+}-V_{\!-})=A_{\text{OL}}V_{\text{in}}}

en la cual A O L {\displaystyle A_{\rm {OL}}} {\displaystyle A_{\rm {OL}}} representa la ganancia del dispositivo cuando no hay realimentación, condición conocida también como “lazo (o bucle) abierto”. En algunos amplificadores diferenciales, existen dos salidas con desfase de 180° para algunas aplicaciones especiales.

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