15. El amplificador operacional¶
El amplificador operacional es un circuito electrónico compuesto internamente por múltiples etapas de transistores conectados para conseguir un circuito amplificador de tensión diferencial, de alta ganancia y lo más ideal posible.
Símbolo del amplificador operacional.¶
Un amplificador operacional tiene dos entradas diferenciales señaladas
con los símbolos + y - y una salida en la punta del triángulo.
Los amplificadores operacionales reales, además, tienen dos terminales de alimentación por los que les llega tensión positiva y tensión negativa, necesarias para que puedan funcionar el circuito interno.
- Terminales del amplificador operacional real:
- Terminal de entrada negativo.
- Terminal de entrada positivo.
- Terminal de salida.
- Terminal de alimentación positiva.
- Terminal de alimentación negativa.
Funcionamiento¶
El amplificador amplifica la diferencia entre los terminales
de entrada + y -. Si la entrada positiva + tiene una tensión
superior a la entrada negativa -, la salida tendrá una tensión positiva.
Por el contrario si la entrada negativa - tiene una tensión superior
a la entrada positiva +, la salida tendrá una tensión negativa.
Normalmente la diferencia en la tensión de entrada se multiplica a la salida por decenas o centenas de miles de veces la tensión de entrada. Esto significa que la ganancia de tensión es muy alta.
La corriente absorbida por las entradas del amplificador es tan baja que en la práctica se puede considerar que vale cero. Esto significa que la resistencia de entrada es muy alta porque no absorbe corriente.
La corriente de salida puede ser relativamente alta sin que cambie la tensión de salida. Esto significa que la resistencia de salida es muy baja.
Ventajas¶
Este es un circuito muy utilizado porque aporta muchas ventajas frente a los transistores individuales:
- Todos sus transistores internos incorporan polarización, por lo que apenas es necesario añadir resistencias.
- Consigue una ganancia de tensión muy alta (decenas o centenas de miles).
- La corriente de entrada es tan baja que se puede considerar igual a cero. Esto facilita los cálculos y que las entradas del amplificador operacional no afecten al resto del circuito.
- Tiene una salida push-pull que entrega corriente relativamente alta tanto positiva como negativa.
- La corriente de salida está limitada para que el circuito no se queme.
Como desventaja se puede decir que la velocidad de los amplificadores operacionales es menor que la de los transistores individuales, pero esto no representa un problema en la mayoría de las aplicaciones de baja frecuencia.
Simulación¶
A continuación se puede ver una simulación de un amplificador operacional real (LM324) alimentado en las entradas con dos tensiones muy semejantes. En este circuito el amplificador está funcionando como comparador.
Cuando se modifica el valor de la resistencia, la tensión de la entrada positiva cambia y se puede ver cómo el operacional enciende y apaga el led verde de la salida.
Ejercicios¶
Dibuja el símbolo de un amplificador operacional.
¿Cuántos terminales tiene un amplificador operacional real? ¿Para que sirve cada uno?
Explica con tus palabras el funcionamiento de un amplificador operacional.
¿Qué ventajas tiene un amplificador operacional frente a los amplificadores basados en transistores?
¿Y qué desventaja tiene?
Modifica la resistencia variable del simulador y escribe con qué tensión de entrada
+comienza a encender el led el amplificador operacional y con qué tensión de entrada+se enciende el led del todo.