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Amplificador inversor - Amplificadores operacionales


Introducción

En este artículo explicaremos una de las configuraciones más utilizadas en circuitos con AmpOps, el amplificador inversor, además les mostraremos un ejercicio y una práctica real para que puedan comprobar su funcionamiento.

¿Qué es un Amplificador inversor?

Es una configuración en un amplificador operacional que se caracteriza principalmente porque su entrada, es decir, donde suministraremos un voltaje, se coloca en la terminal inversora del amplificador y la terminal no inversora se conecta a tierra. A la salida del amplificador obtendremos una señal amplificada e inversa (como su nombre lo indica) a su entrada. Si conectamos a su entrada una señal de corriente alterna, obtendremos a la salida una señal amplificada y desfasada en 180 °.

Amplificador inversor - 1

Configuración de “Amplificador inversor”

A continuación les mostraremos el desglose matemático que nos ayudará a obtener la fórmula de la salida del amplificador inversor. Antes que nada, indicaremos los siguientes cálculos que aplican para todas las configuraciones de los amplificadores operacionales.

Tenemos las siguientes entradas y salidas en un amplificador operacional:

Amplificador inversor - 2

Para un amplificador operacional, su valor de voltaje de salida se determina con la siguiente ecuación:

Amplificador inversor - 3

Donde AV es la ganancia del amplificador, la cual es demasiado grande y podemos decir que tiende a infinito (∞).

Organizando el voltaje de salida en función de la ganancia podemos decir que:

Amplificador inversor - 4

Como algo dividido entre infinito tiende a cero, podemos decir que:

Amplificador inversor - 5

Es decir, lo que haya en el nodo de la entrada no inversora será el mismo voltaje que el que haya en la entrada inversora.

Retomando la configuración del amplificador inversor, tenemos el siguiente diagrama:

Amplificador inversor - 6

Por la explicación anterior podemos deducir que VX es 0, pues la entrada no inversora está alimentada a tierra, recordando que el voltaje que hay en la entrada inversora es el mismo que el que hay en la no inversora.

Otro punto a señalar es qué ocurre con las corrientes. Con la siguiente imagen podremos entenderlo mejor:

Amplificador inversor - 7

Como podemos observar, entre las entradas del amplificador hay una resistencia, la cual, idealmente es muy grande, y tiende a infinito. Por lo tanto, idealmente no habrá corriente entrando al amplificador, pues la resistencia no permitirá su flujo. Entonces, tomando en cuenta lo anterior, podemos determinar:

Amplificador inversor - 8


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Entonces, retomando al amplificador inversor, por ley de corrientes de Kirchhoff podemos decir:

Amplificador inversor - 9

Como I0 = 0:

Amplificador inversor - 10

Como sabemos que I = V / R podemos decir que:

Amplificador inversor - 11

Y como sabemos, pues ya explicamos anteriormente, Vx es 0, por lo tanto:

Amplificador inversor - 12

Sustituyendo I1 = I2 :

Amplificador inversor - 13

Despejando V0 , la fórmula del voltaje de salida para la configuración de un amplificador inversor es la siguiente:

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Ejercicio - Simulación de un amplificador inversor

Realice la simulación de una configuración de amplificador inversor, utilizando el OpAmp741 de con un Vo = -2.5Vi .

Tenemos la fórmula del amplificador inversor:

Amplificador inversor - 14

Sabemos que la división entre Rf y Ri deben dar 2.5. Por lo tanto, proponemos una Rf de 20K Ω . Despejando Ri obtenemos:

Amplificador inversor - 15

Quedando finalmente con valores de:

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Dando como resultado:

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Diagrama de simulación

Amplificador inversor - 18

Y comprobando, el resultado es correcto:

Amplificador inversor - 19

Práctica – Amplificador inversor

Para esta configuración queremos obtener una ganancia de -3.875Vi proponiendo a su vez el valor de Ri=1k Ω . Utilizando la fórmula del amplificador inversor:

Amplificador inversor - 14

Sabemos que:

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Se sustituye el valor de Ri propuesto y obtenemos el valor de Rf:

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Como no se tiene ese valor, se utilizó una resistencia estándar de 3.9k Ω.

El circuito se muestra en la siguiente figura.

Amplificador inversor - 22

Circuito de amplificador inversor

Resultados

En la siguiente imagen se muestra como fueron los resultados en el osciloscopio de nuestra configuración inversora, como se puede ver, la ganancia se cumple, así como también se realiza la inversión de la entrada, que al ser una señal senoidal, la desfasa 180 grados.

Amplificador inversor - 23






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