Amplificador operacional inversor

Op-Amp (amplificador operacional) es la columna vertebral de la electrónica analógica. Un amplificador operacional es un componente electrónico acoplado a CC que amplifica el voltaje de una entrada diferencial usando retroalimentación de resistencia. Los amplificadores operacionales son populares por su versatilidad, ya que se pueden configurar de muchas maneras y se pueden usar en diferentes aspectos. Un circuito de amplificador operacional consta de pocas variables como ancho de banda, impedancia de entrada y salida, margen de ganancia, etc. Diferentes clases de amplificadores operacionales tienen especificaciones diferentes dependiendo de esas variables. Hay muchos amplificadores operacionales disponibles en diferentes paquetes de circuitos integrados (IC), algunos amplificadores operacionales tienen dos o más amplificadores operacionales en un solo paquete. LM358, LM741, LM386 son algunos circuitos integrados de amplificador operacional de uso común. Puede obtener más información sobre los amplificadores operacionales siguiendo nuestra sección de circuitos de amplificadores operacionales.

Un amplificador operacional tiene dos pines de entrada diferenciales y un pin de salida junto con pines de alimentación. Esos dos pines de entrada diferencial son pin inversor o pin negativo y no inversor o positivo. Un amplificador operacional amplifica la diferencia de voltaje entre estos dos pines de entrada y proporciona la salida amplificada a través de su Vout o pin de salida.

Dependiendo del tipo de entrada, el amplificador operacional se puede clasificar como amplificador inversor o amplificador no inversor. En el tutorial anterior de amplificador operacional no inversor, hemos visto cómo usar el amplificador en una configuración no inversora. En este tutorial, aprenderemos cómo usar el amplificador operacional en la configuración inversora.

Inversión de la configuración del amplificador operacional

Se llama amplificador inversor porque el amplificador operacional cambia el ángulo de fase de la señal de salida exactamente 180 grados fuera de fase con respecto a la señal de entrada. Igual que antes, usamos dos resistencias externas para crear un circuito de retroalimentación y hacer un circuito de bucle cerrado a través del amplificador.

En la configuración no inversora, proporcionamos retroalimentación positiva a través del amplificador, pero para la configuración inversora, producimos retroalimentación negativa a través del circuito del amplificador operacional.

Veamos el diagrama de conexión para invertir la configuración del amplificador operacional

En el amplificador operacional inversor anterior, podemos ver que R1 y R2 están proporcionando la retroalimentación necesaria a través del circuito del amplificador operacional. La resistencia R2 es la resistencia de entrada de señal y la resistencia R1 es la resistencia de retroalimentación. Este circuito de retroalimentación fuerza el voltaje de entrada diferencial a casi cero.

La retroalimentación está conectada a través del terminal negativo del amplificador operacional y el terminal positivo está conectado a través del suelo. El potencial de voltaje a través de la entrada inversora es el mismo que el potencial de voltaje de la entrada no inversora. Entonces, a través de la entrada no inversora, se crea un punto sumador de Virtual Earth, que tiene el mismo potencial que el suelo o la Tierra. El amplificador operacional actuará como un amplificador diferencial.

Entonces, en caso de invertir el amplificador operacional, no hay flujos de corriente en el terminal de entrada, también el voltaje de entrada es igual al voltaje de retroalimentación a través de dos resistencias, ya que ambos son una fuente de tierra virtual común. Debido a la tierra virtual, la resistencia de entrada del amplificador operacional es igual a la resistencia de entrada del amplificador operacional, que es R2. Este R2 tiene una relación con la ganancia de bucle cerrado y la ganancia se puede establecer mediante la relación de las resistencias externas utilizadas como retroalimentación.

Como no hay flujo de corriente en el terminal de entrada y el voltaje de entrada diferencial es cero, podemos calcular la ganancia de bucle cerrado del amplificador operacional. Obtenga más información sobre la construcción de amplificadores operacionales y su funcionamiento siguiendo el enlace.

Ganancia de amplificador operacional inversor

En la imagen de arriba, se muestran dos resistencias R2 y R1, que son las resistencias de retroalimentación del divisor de voltaje que se usan junto con el amplificador operacional inversor. R1 es la resistencia de retroalimentación (Rf) y R2 es la resistencia de entrada (Rin). Si calculamos la corriente que fluye a través de la resistencia, entonces-

i = (Vin - Vout) / (Rin (R2) - Rf (R1))

Como el Dout es el punto medio del divisor, podemos concluir

Como describimos antes, debido a la tierra virtual o al mismo punto de suma del nodo, el voltaje de retroalimentación es 0, Dout = 0. Entonces,

Entonces, la fórmula del amplificador inversor para la ganancia de bucle cerrado será

Ganancia (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

Entonces, de esta fórmula, obtenemos cualquiera de las cuatro variables cuando las otras tres variables están disponibles. La calculadora de ganancia del amplificador operacional se puede utilizar para calcular la ganancia de un amplificador operacional inversor.

Como podemos ver un signo negativo en la fórmula, la salida estará desfasada 180 grados en contraste con la fase de la señal de entrada.

Ejemplo práctico de amplificador inversor

En la imagen de arriba, se muestra una configuración de amplificador operacional, donde dos resistencias de retroalimentación brindan la retroalimentación necesaria en el amplificador operacional. La resistencia R2 que es la resistencia de entrada y R1 es la resistencia de retroalimentación. La resistencia de entrada R2 que tiene un valor de resistencia de 1K ohmios y la resistencia de retroalimentación R1 tiene un valor de resistencia de 10k ohmios. Calcularemos la ganancia inversora del amplificador operacional. La retroalimentación se proporciona en el terminal negativo y el terminal positivo está conectado a tierra.

La fórmula para invertir la ganancia del circuito del amplificador operacional-

Ganancia (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

En el circuito anterior Rf = R1 = 10k y Rin = R2 = 1k

Entonces, Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

Entonces, la ganancia será -10 veces y la salida estará desfasada 180 grados.

Ahora, si aumentamos la ganancia del amplificador operacional a -20 veces, ¿cuál será el valor de la resistencia de retroalimentación si la resistencia de entrada será la misma? Entonces, Ganancia = -20 y Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Entonces, si aumentamos el valor de 10k a 20k, la ganancia del amplificador operacional será -20 veces.

Podemos aumentar la ganancia del amplificador operacional cambiando la relación de resistencias, sin embargo, no es aconsejable usar una resistencia más baja como Rin o R2. A medida que el valor más bajo de la resistencia disminuye la impedancia de entrada y crea una carga para la señal de entrada. En casos típicos, se usa un valor de 4.7k a 10k para la resistencia de entrada.

Cuando se requiere una alta ganancia y debemos asegurar una alta impedancia en la entrada, debemos aumentar el valor de las resistencias de retroalimentación. Pero tampoco es aconsejable utilizar una resistencia de muy alto valor en Rf. La resistencia de retroalimentación más alta proporciona un margen de ganancia inestable y no puede ser una opción viable para operaciones relacionadas con un ancho de banda limitado. Se usa un valor típico de 100k o poco más que en la resistencia de retroalimentación.

También necesitamos verificar el ancho de banda del circuito del amplificador operacional para una operación confiable a alta ganancia.

Circuito sumador de amplificador o amplificador operacional

Un amplificador operacional inversor se puede usar en varios lugares como amplificador sumador de amplificador operacional. Una aplicación importante del amplificador operacional inversor es el amplificador sumador o el mezclador de tierra virtual.

En la imagen de arriba, se muestra un mezclador de tierra virtual o un amplificador sumador donde un amplificador operacional invertido mezcla varias señales diferentes a través de su terminal inversora. La entrada de un amplificador inversor está prácticamente a potencial de tierra, lo que proporciona una excelente aplicación relacionada con el mezclador en trabajos relacionados con la mezcla de audio.

Como podemos ver, se agregan diferentes señales a través del terminal negativo utilizando diferentes resistencias de entrada. No hay límite para el número de entradas de señal diferentes que se pueden agregar. La ganancia de cada puerto de señal diferente está determinada por la relación de la resistencia de retroalimentación R2 y la resistencia de entrada del canal en particular.

También aprenda más sobre las aplicaciones del amplificador operacional siguiendo varios circuitos basados ​​en amplificadores operacionales. Esta configuración de amplificador operacional inversor también se utiliza en varios filtros como el filtro de paso bajo activo o el filtro de paso alto activo.

Circuito amplificador de impedancia trans

Otro uso del amplificador inversor de amplificador operacional es usar el amplificador como amplificador de impedancia trans.

En tal circuito, el amplificador operacional convierte una corriente de entrada muy baja al voltaje de salida correspondiente. Entonces, un amplificador de impedancia trans convierte la corriente en voltaje.

Puede convertir la corriente de fotodiodos, acelerómetros u otros sensores que producen baja corriente y, utilizando el amplificador de impedancia trans, la corriente se puede convertir en voltaje.

En la imagen de arriba, un amplificador operacional invertido utilizado para hacer un amplificador de impedancia trans que convierte la corriente derivada del fotodiodo en un voltaje. El amplificador proporciona baja impedancia a través del fotodiodo y crea el aislamiento del voltaje de salida del amplificador operacional.

En el circuito anterior, solo se usa una resistencia de retroalimentación. El R1 es la resistencia de retroalimentación de alto valor. Podemos cambiar la ganancia cambiando el valor de esta resistencia R1. La alta ganancia del amplificador operacional usa una condición estable donde la corriente del fotodiodo es igual a la corriente de retroalimentación a través de la resistencia R1.

Como no proporcionamos ningún sesgo externo a través del fotodiodo, el voltaje de compensación de entrada del fotodiodo es muy bajo, lo que produce una gran ganancia de voltaje sin ningún voltaje de compensación de salida. La corriente del fotodiodo se convertirá en voltaje de salida alto.

Otras aplicaciones del amplificador operacional inversor son:

1. Desplazador de fase
2. Integrador
3. En trabajos relacionados con el equilibrado de señales
4. Mezclador de RF lineal
5. Varios sensores utilizan un amplificador operacional inversor para la salida.