Amplificadores Operacionales

Nota: No olviden considerar los puntos que se manejan en la rúbrica de la actividad, así como de realizar la citación en su texto.

 ¿Qué son?                                                                                                                Escrito el: 20/03/2021

    Antes de introducirnos a este mundo de los amplificadores operacionales es necesario conocer a que se hace referencia con todo ello. 

Los amplificadores operacionales, también conocidos como "OPAM" son dispositivos compactos activos y lineales de alta ganancia, diseñados para proporcionar la función de transferencia deseada.  (García 2010) En otras palabras podemos definirlos como un circuito integrado que permite realizar una gran variedad de circuitos electrónicos, los cuales van desde un comparador de voltaje, un amplificador de señal, hacer operaciones aritméticas y filtrar señales. 

Cabe mencionar que los amplificadores operacionales están compuestos por una gran cantidad de transistores internamente, los cuales permiten controlar corrientes y tensiones, para darle sus características eléctricas. (Carrillo, 2020) De forma más detallada podemos decir que dichos circuitos electrónicos tienen dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) el cual será la ganancia. Esto se suele representar como:

 Salida = G·(V+ – V-)

Estos dispositivos se caracterizan por ser construidos en sus componentes más genéricos, dispuestos de modo que en cada momento se puede acceder a los puntos más importante en donde se conectan los componentes externos permitirán al usuario modificar la respuesta y transferencia del dispositivo. (Garcia, 2010)

Para poder comprender esto de una manera más completa observaremos la siguiente imagen:

Como podemos darnos cuenta el OPAM cuenta con 2 entradas y una salida, ademas de tener  alimentación positiva y negativa. La configuración de las entradas mencionadas define el comportamiento del circuito. cabe mencionar de igual manera que para ser considerado un amplificador operacional es necesario que cumpla con lo siguiente:

• La diferencia de potencial entre sus terminales inversora y no inversora debe de ser nula
• La impedancia entre las entradas inversora y no inversora es infinita, por lo que no hay corriente de entrada.
• No debe de existir corriente entrando o saliendo de las patas inversora y no inversora. (Carrillo 2020)

Elaborado por: Méndez Pérez Lizeth.

Inversor                                                                                                                     Escrito el: 23/03/2021

Un inversor es un dispositivo que cambia o transforma una tensión de entrada de corriente continua a una tensión simétrica de salida (senoidal, cuadrada o triangular) de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el usuario o el diseñador.

Aplicaciones:

Los inversores se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, desde pequeñas fuentes de alimentación para computadoras, hasta aplicaciones industriales para controlar alta potencia. Los inversores también se utilizan para convertir la corriente continua generada por los paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o baterías, etc, en corriente alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red eléctrica o usados en instalaciones eléctricas aisladas.

El aire acondicionado inversor o inverter, es un tipo de acondicionador de aire que utiliza un inversor de potencia para fijar la velocidad del motor del compresor y así dejar constante la temperatura, con lo que se ahorra un mínimo del 40% de la electricidad.

Funcionamiento:

Un inversor simple analógico consta de una bobina (inductor) y un interruptor, el cual se utiliza para interrumpir la corriente y colapsar el campo magnético de la bobina generando una onda pulsante inversa. Esta onda pulsante inversa es variable en el tiempo y puede inducir corriente.

Un inversor simple digital consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual se utiliza para interrumpir la corriente entrante y generar una onda rectangular.

Esta onda rectangular alimenta a un transformador que suaviza su forma, haciéndola parecer un poco más una onda senoidal y produciendo la tensión de salida necesaria. La forma de onda de salida de la tensión de un inversor ideal debería ser sinusoidal. Una buena técnica para lograr esto es utilizar la técnica de PWM logrando que la componente principal senoidal sea mucho más grande que las armónicas superiores.

Los inversores más modernos han comenzado a utilizar formas más avanzadas de transistores o dispositivos similares, como los tiristores, los triac , IGBT y MOSFETs.

Los inversores más eficientes utilizan varios filtros electrónicos para tratar de llegar a una onda que simule razonablemente a una onda senoidal en la entrada del transformador, en vez de depender de este para suavizar la onda.

Se pueden clasificar en general en dos tipos: 1) inversores monofásicos y 2) inversores trifásicos.

Se pueden utilizar condensadores e inductores para suavizar el flujo de corriente desde y hacia el transformador.

Además, es posible producir una llamada "onda senoidal modificada", la cual se genera a partir de tres puntos: uno positivo, uno negativo y uno de tierra. Una circuitería lógica se encarga de activar los transistores de manera que se alternen adecuadamente. Los inversores de onda senoidal modificada pueden causar que ciertas cargas, como motores, por ejemplo; operen de manera menos eficiente.

Los inversores más avanzados utilizan la modulación por ancho de pulsos con una frecuencia portadora mucho más alta para aproximarse más a la onda seno o modulaciones por vectores de espacio mejorando la distorsión armónica de salida. También se puede predistorsionar la onda para mejorar el factor de potencia (cos Φ).

Los inversores de alta potencia, en lugar de transistores utilizan un dispositivo de conmutación llamado IGBT (Insulated Gate Bipolar transistor o Transistor Bipolar de Puerta Aislada).

Elaborado por: Flores Quintos Israel.

Restador                                                                                                                     Escrito el: 26/03/2021

Este amplificador usa ambas entradas invertida y no invertida con una ganancia de uno, para producir una salida igual a la diferencia entre las entradas. Es un caso especial del amplificador diferencial. Se pueden elegir también las resistencias para amplificar la diferencia.

por la regla del voltaje ese voltaje también aparece en el punto A.

Aplicando la regla de corriente, la corriente en A debe ser cero, de modo que para resistencias iguales viene a ser ( Boylestad., R. (2011)

Elaborado por: Franco Santos Sergio Darío.

Sumador                                                                                                                    Escrito el: 29/03/2021

Si escuchamos la palabra sumador hacemos referencia a una suma o bine un porador matemático, en este caso la situación varía un poco, aquí el contexto en el que es aplicado hace referencia a componentes electrónicos, quizá la finalidad de suma sigue siendo lo mismo, sin emgarbo la forma de implementarlo cambia. Dentro del mundo de la electrónica podemos definirlo como un dispositivo el cual está diseñado para sumar las señales de entrada aplicadas para generar una salida única. Sin embargo dentro de lo que son los amplificadores operacionales sucede algo similar pero un poco diferente puesto que de igual manera combina varias entradas y produce una salida que es la suma de estas entradas; las señales de voltaje de entrada se aplican al terminal del inversor (-). La señal de salida será la suma de las señales de entrada, invertidas y amplificadas. Esta salida se invierte ya que es un amplificador inversor. (MiElectronicaFacil, 2020)

La imagen que se muestra arriba es un ejemplo de un amplificador inversor de ganancia=1 con múltiples entradas. Se pueden utilizar más de dos entradas, por ejemplo en un circuito mezclador de audio. Las resistencias de entrada pueden ser desiguales, dando una suma ponderada. (Nave, s.f.)

Quizá todo este asunto nos parezca algo aburrido, sin embargo... ¿Te has puesto a pensar en todas las aplicaciones que tiene? Lo más seguro es que no, y bueno resulta que algunas de sus aplicaciones estná siempre presentes en nuestra vida cotidiana como lo es un mezclador de audio, así es uno de las fuentes que lográ hacer los sonidos que tanto te gustan es este dispositivo el cuál utiliza parte de la teoría que aquí se leyó, esto se hace debido a la suma de varias señales que interfieren para finalmente poder crear un sonido. Increíble ¿no? y esta es solo una de la tantas que existe, así que... no te aburras con ello, si no velo como una nueva forma de ver las cosas. (MiElectronicaFacil, 2020).

Elaborado por: Méndez Pérez Lizeth.

Integrador                                                                                                                 Escrito el: 01/04/2021

Un amplificador integrador realiza la función matemática de la integración, es decir la señal de salida es la integral de la señal de entrada

El integrador Op-amp produce un voltaje de salida que es tanto proporcional a la amplitud como a la duración de la señal de entrada
Los amplificadores operacionales se pueden usar como parte de un amplificador de retroalimentación positiva o negativa o como un circuito de tipo sumador o sustractor usando solo resistencias puras tanto en la entrada como en el circuito de retroalimentación  Fiore, J. M. (2002)

                                               Elaborador por: Franco Santos Sergio Darío.

Diferenciado/Derivado

Elaborado por: Juárez Gonzales Juan Carlos                                                           Escrito el: 04/04/2021

El circuito diferenciador básico del amplificador operacional produce una señal de salida que es la primera derivada de la señal de entrada

Aquí, la posición del condensador y la resistencia se han invertido y ahora la reactancia,  X C, está conectada al terminal de entrada del amplificador inversor, mientras que la resistencia, Rƒ forma el elemento de retroalimentación negativa a través del amplificador operacional de manera normal.

Este circuito amplificador operacional realiza la operación matemática de diferenciación , es decir, " produce una salida de voltaje que es directamente proporcional a la tasa de cambio del voltaje de entrada con respecto al tiempo ". En otras palabras, cuanto más rápido o más grande sea el cambio en la señal de voltaje de entrada, mayor será la corriente de entrada, mayor será el cambio de voltaje de salida en respuesta, volviéndose más en forma de "pico".

Al igual que con el circuito integrador, tenemos una resistencia y un condensador que forman una red RC a través del amplificador operacional y la reactancia (  Xc  ) del condensador juega un papel importante en el rendimiento de un diferenciador de amplificador operacional . (Amplificador diferenciador: el diferenciador del amplificador operacional, s. f.)

Referencias Bibliográficas:

• Amplificador diferenciador: el diferenciador del amplificador operacional. (s. f.). Tutoriales de electrónica básica. Recuperado 04 de abril de 2021, de http://tutorialesdeelectronicabasica.blogspot.com/2020/01/amplificador-diferenciador-el.html#:%7E:text=El%20amplificador%20diferenciador&text=Este%20circuito%20amplificador%20operacional%20realiza,entrada%20con%20respecto%20al%20tiempo%20".

• A. (2015, 6 agosto). Convertidor Digital-Analógico con PWM. Nómadas Electrónicos. https://nomadaselectronicos.wordpress.com/2015/08/03/convertidor-digital-analogico-con-pwm/

•  Boylestad., R. (2011). Electronica Teoria de los Circuitos. Columbus, Ohio: Prentice Hall. des. (7 de Febrero de 2018). Wilaeba Electrónica. Obtenido de https://wilaebaelectronica.blogspot.mx/2017/01/amplificador-integrador.htmlo  

•  Desconocido. (2016). Electrónica Unicrom. Obtenido de https://unicrom.com/amplificador-operacional-inversor-en-ca-ac

•    Fiore, J. M. (2002). Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales: teoría y aplicación. Madrid (España) : Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales: teoría y aplicación.

• Camarillo, A. (2021, 29 enero). ¿Qué es un amplificador operacional? 330ohms. https://blog.330ohms.com/2020/07/27/que-es-un-amplificador-operacional/

• García, V. (2010, 9 noviembre). El Amplificador Operacional – Electrónica Práctica Aplicada.  https://www.diarioelectronicohoy.com/blog/el-amplificador-operacional

• MiElectronicaFacil. (2020, 17 julio). Amplificador Sumador Inversor. Recuperado el 29 de marzo de 2021 de https://mielectronicafacil.com/analogica/amplificador-sumador-inversor/#page-content

  Nave, C. R. (s. f.). Amplificador Sumador.  Recuperado 29 de marzo de 2021, de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Electronic/opampvar5.html

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