Introducción al amplificador operacional (OpAmp) - Amplificadores operacionales
Introducción
En ocasiones, cuando estamos diseñando circuitos electrónicos, manejamos sensores o transductores que proveen señales de voltajes pequeñas (mV o µV), por lo que es muy difícil medir esas señales o utilizarlas. Es ahí cuando entran los amplificadores operacionales, cuando necesitamos amplificar esa señal pequeña para obtener una réplica de esta pero con un tamaño adecuado que podamos utilizar y medir.
A continuación les mostramos la representación grafica de cómo se vería la amplificación en un circuito, donde Vo(t) es la réplica amplificada de Vi(t).
Conceptos básicos
Amplificador operacional: También llamado OpAmp, es un circuito integrado cuya función principal es amplificar una señal de entrada de voltaje. Sin embargo, por las características de este dispositivo permite realizar más tareas como invertir señales, atenuar, restar, multiplicar, acondicionar e inclusive representar ecuaciones diferenciales, entre otras muchas más. El símbolo de un amplificador operacional es el siguiente:
Un OpAmp necesita 2 señales de voltaje: la de entrada a modificar y una fuente de voltaje externa, que es la que proveerá la energía necesaria para amplificar la señal.
Ganancia de voltaje: Este número indica cuánto va a ser amplificada la señal de entrada de voltaje. Por ejemplo, en la gráfica observamos una señal de entrada
La fórmula para obtener la ganancia de voltaje es la siguiente:
Ganancia de corriente: Indica cuantas veces será amplificada la corriente. La fórmula para obtener la ganancia de corriente es la siguiente:
Ganancia de potencia: Indica cuantas veces será amplificada la potencia. La fórmula para obtener la ganancia de potencia es:
Características del amplificador operacional
- Ganancia de voltaje muy alta en lazo abierto, idealmente Av ≈ ∞ .
- Alta impedancia de entrada: La resistencia de entrada es muy grande (Por ejemplo 1MΩ, 2MΩ). La impedancia es alta para que casi no consuma corriente de la señal de entrada, idealmente Ri ≈ ∞ .
- Baja impedancia de salida: La resistencia de salida es muy pequeña (Por ejemplo 10KΩ, 20KΩ). La impedancia es baja para que permita entregar toda la corriente posible a la carga, idealmente Ro ≈ 0.
Configuración de un amplificador operacional
El OpAmp está compuesto por una serie de entradas y salidas que permiten amplificar un voltaje de entrada:
Donde:
- V1 = Voltaje de entrada no inversora
- V2 = Voltaje de entrada inversora (Se resta)
- +Vss = Voltaje de fuente positivo
- -Vss = Voltaje de fuente negativo
- Vo = Voltaje de salida amplificado / acondicionado
Donde:
- V1 = Voltaje de entrada no inversora
- V2 = Voltaje de entrada inversora
- Av = Ganancia definida
Fuente de voltaje del OpAmp: Esta fuente (que en diagrama lo vemos como Vss) es la que dará la energía necesaria para amplificar la señal de entrada, también indicará el voltaje máximo que podrá amplificar, por ejemplo, si la fuente es de 10V, ese será el voltaje máximo que tendremos en la salida, no podremos generar voltajes más arriba de eso. El voltaje que se utiliza usualmente para un OpAmp es +15V (+Vss) y -15V (-Vss). La conexión al amplificador operacional es de la siguiente manera:
Aplicaciones de los amplificadores operacionales
- Amplificación de señales
- Atenuación de señales
- Instrumentación electrónica
- Controladores PID
- Acondicionamiento de ecuaciones diferenciales en circuitos electrónicos
- Etapas de potencia en circuitos
Conclusión
En este artículo analizamos los conceptos básicos sobre los amplificadores operacionales, vimos su simbología, funcionamiento y ecuaciones básicas para comprender su funcionamiento. En los siguientes artículos estaremos analizando algunas configuraciones básicas del amplificador.
Voltaje de saturación 
Muchas gracias, sin duda un gran aporte. Saludos