Los amplificadores operacionales (Op-Amps) se utilizan ampliamente en electrónica y microcircuitos. Tiene excelentes características técnicas (TC) para amplificar las señales. Para entender los usos de los op-amps, es necesario conocer su principio de funcionamiento, el diagrama de cableado y los TC básicos.
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Qué es un amplificador operacional
Un op-amp es un circuito integrado (IC) cuya finalidad principal es amplificar un valor de corriente continua. Sólo tiene una salida, que se llama salida diferencial. Esta salida tiene un alto factor de amplificación de la señal (CU). Los Op-Amps se utilizan principalmente para construir circuitos con retroalimentación negativa (NF), que determina el Q del circuito original durante la TC de amplificación principal. Los Op-Amps se utilizan no sólo como CI individuales, sino también en varios bloques de dispositivos complejos.
Los Op-Amps tienen 2 entradas y 1 salida, y también tienen salidas para conectar una fuente de alimentación (PSU). El principio de funcionamiento de un amplificador operacional es sencillo. Hay 2 reglas que se toman como base. Las reglas describen los procesos simples que ocurren en el op-amp y el funcionamiento del op-amp es claro incluso para los tontos. En la salida, la diferencia de tensión (U) es 0 y las entradas del amplificador óptico casi no consumen corriente (I). Una entrada se denomina no inversora (V+) y la otra es inversora (V-). Además, las entradas del DUT tienen una alta resistencia (R) y casi no consumen I.
El chip compara los valores U de las entradas y emite la señal preamplificándola. El op-amp tiene un valor alto de hasta 1000000. Si se produce un valor U bajo en la entrada, es posible obtener un valor igual al U de la fuente de alimentación (Uip) en la salida. Si la U en la entrada V+ es mayor que la V-, la salida tendrá un valor positivo máximo. Si se alimenta la U positiva de la entrada inversora, la salida tendrá el máximo valor de tensión negativa.
El requisito básico para el funcionamiento del DSP es el uso de una fuente de alimentación bipolar. Es posible utilizar una fuente de alimentación unipolar, pero esto limitará mucho la capacidad del DSP. Si utilizas una pila y tomas el lado positivo de la pila como 0, la medición mostrará 1,5 V. Si tomas 2 pilas y las conectas en serie, se producirá la adición de U, es decir, el aparato mostrará 3 V.
Si se toma el polo negativo de la batería como cero, el instrumento mostrará 3 V. En el otro caso, si se toma el cable positivo como 0, mostrará -3 V. Utilizando el punto entre las dos pilas como cero se obtiene una primitiva fuente de alimentación bipolar. La única manera de comprobar si el DUT funciona correctamente es conectarlo al circuito.
Tipos y símbolos en un circuito
Con el desarrollo de los circuitos eléctricos, los amplificadores operacionales se mejoran constantemente y aparecen nuevos modelos.
Se clasifican según su aplicación:
- Industrial: la opción más económica.
- Presíncrono (equipo de medición de precisión).
- Electrométrica (baja Iin).
- Microalimentación (alimentación de bajo valor I).
- Programable (las corrientes se ajustan con I externa).
- Potente o de alta corriente (emite un valor I más alto al consumidor).
- Baja tensión (funciona a U<3 V).
- Alta tensión (diseñada para altos valores de U).
- Actuación rápida (alta velocidad de giro y frecuencia de amplificación).
- Tipo de ruido bajo.
- Tipo de audio (baja distorsión armónica).
- Para fuentes de alimentación de tipo bipolar y unipolar.
- Tipo de diferencia (capaz de medir U bajo con alta interferencia). Se utiliza en las derivaciones.
- Etapas de amplificación estándar.
- Especializada.
Los Op-Amps se dividen en 2 tipos según las señales de entrada:
- Con 2 entradas.
- Con 3 entradas. La tercera entrada se utiliza para ampliar la funcionalidad. Tiene retroalimentación interna.
El circuito de un amplificador operacional es bastante complejo y no tiene sentido hacer uno y el radioaficionado sólo necesita conocer el circuito correcto del amplificador operacional, pero para ello hay que entender la asignación de pines.
Las principales designaciones de los pines del CI son las siguientes:
- V+ - entrada no inversora.
- V- - Entrada inversa.
- Vout es la salida.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) es el terminal positivo de la fuente de alimentación.
- Vs- (Vss, Vee, Vcc-) es el terminal negativo de la fuente de alimentación.
Prácticamente cualquier Op-Amp está equipado con 5 pines. Sin embargo, algunos modelos pueden no tener V-. Hay modelos que tienen salidas adicionales que amplían las capacidades del DT.
No es necesario etiquetar los cables de alimentación, ya que esto aumenta la legibilidad del circuito. El cable de alimentación del terminal o polo positivo de la fuente de alimentación se coloca en la parte superior del circuito.
Características principales
Los DUTs, al igual que otros componentes de radio, tienen TCs, que se pueden dividir en tipos:
- Amplificando.
- Entrada.
- La salida.
- Poder.
- A la deriva.
- Frecuencia.
- Ganancia.
La ganancia es la principal característica de un op-amp. Se caracteriza por la relación entre la señal de salida y la de entrada. También se denomina TC de amplitud o de transferencia, que se representa como un gráfico de dependencia. Las cantidades de entrada incluyen todas las cantidades de entrada del amplificador óptico: Rin, las corrientes de offset (Icm) y de offset (Iin), la deriva y el diferencial de entrada máximo U (Udifmax).
Icm se utiliza para el funcionamiento del Op-Amp en las entradas. Iinx es necesario para el funcionamiento de la etapa de entrada del op-amp. El desplazamiento Iinh es la diferencia de Icm para los 2 semiconductores de entrada del DUT.
Cuando se construyen circuitos, hay que tener en cuenta estas I al conectar las resistencias. Si no se tiene en cuenta Iinx, se puede crear una U diferencial, lo que llevará a un funcionamiento incorrecto del op-amp.
Udifmax es la U que se aplica entre las entradas del op-amp. Su valor caracteriza la exclusión de daños en los semiconductores de la etapa diferencial.
Para una protección fiable, se conectan 2 diodos y un estabilizador en contraparalelo entre las entradas del amplificador óptico. La entrada diferencial R se caracteriza por la R entre las dos entradas y la entrada en modo común R es el valor entre las 2 entradas del DT que están interconectadas y la masa (tierra). Los parámetros de salida del DUT son la salida R (Rout), la salida máxima U e I. El parámetro R out debe ser de menor valor para proporcionar las mejores características de ganancia.
Se debe utilizar un repetidor de emisores para conseguir un valor R pequeño. I Out se cambia con un colector I. Los TC de potencia se evalúan por la potencia máxima consumida por el Op-Amp. La causa del funcionamiento incorrecto del op-amp es la dispersión del TC de los semiconductores de la etapa del amplificador diferencial, que depende de los índices de temperatura (deriva de temperatura). Los parámetros de frecuencia del Op-Amp son básicos. Contribuyen a la amplificación de las señales armónicas y pulsantes (respuesta de velocidad).
Tanto en los circuitos integrados de uso general como en los de uso especial se incluye un condensador para evitar que se generen señales de alta frecuencia. A bajas frecuencias los circuitos tienen un alto factor C sin retroalimentación (OC). En el caso de OC se utiliza la conmutación no inversora. Además, en algunos casos, por ejemplo en la construcción de un amplificador inversor, no se utiliza OC. Además, los op-amps tienen características dinámicas:
- La velocidad de giro de la subida de Ug (SN Ug).
- El tiempo de ajuste de Uv (respuesta del op-amp cuando el U está en punta).
Dónde utilizarlo
Existen 2 tipos de circuitos Op-Amp que se diferencian por la forma en que se conectan. El principal inconveniente de los Op-Amps es la variabilidad de Q en función del modo de funcionamiento. Las principales áreas de aplicación son los amplificadores: inversores (IU) y no inversores (NIU). En el circuito LUT, el Q de U se ajusta con resistencias (la señal debe aplicarse a la entrada). El op-amp contiene un op-amp en serie. Esta conexión se realiza a una de las resistencias. Sólo se aplica a V-.
En un DUT, las señales están desfasadas. Para cambiar el signo de la tensión de salida negativa, es necesario operar en paralelo con U. La entrada, que es una entrada no inversora, debe estar conectada a tierra. La señal de entrada se introduce en la entrada inversora a través de una resistencia. Si la entrada no inversora va a tierra, la diferencia U entre las entradas del op-amp es 0.
Es posible distinguir los dispositivos en los que se utilizan los DUT:
- Preamplificadores.
- Amplificadores de señales de frecuencia de audio y vídeo.
- U comparadores.
- Difusores.
- Diferenciadores.
- Integradores.
- Elementos filtrantes.
- Rectificadores (mejora de la precisión de los parámetros de salida).
- Estabilizadores U e I.
- Calculadoras analógicas a analógicas.
- ADC (convertidores analógicos a digitales).
- DAC (convertidores de digital a analógico).
- Dispositivos para la generación de diversas señales.
- Ingeniería informática.
Los amplificadores operacionales y sus aplicaciones se han generalizado en diversos aparatos.
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