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Voltaje de desbalance (Offset) - Amplificadores operacionales

Introducción

Al trabajar con circuitos de alta precisión, es importante conocer las limitantes y errores que tienen los componentes que utilizaremos. En este artículo explicaremos el concepto de “Voltaje de desbalance” o “Voltaje de Offset”, que se puede encontrar en un amplificador operacional.

Voltaje de desbalance

Cuando trabajamos con un OpAmp, en la mayoría de los casos estamos buscando que realice una operación matemática con voltajes de entrada. Idealmente, si el amplificador no tiene un voltaje de entrada, el voltaje de salida debería ser cero volts. Sin embargo, si realizamos un ejercicio físico, podremos notar que el voltaje de salida no es 0, aun cuando no tenga nada conectado en sus pins de entrada.

A dicho error se le llama voltaje de desbalance, podríamos definirlo como aquel voltaje diferente de cero que se logra medir a la salida de un amplificador operacional aun cuando sus voltajes de entrada sean 0 volts. Dependiendo de los distintos tipos de amplificadores operacionales que usemos puede variar el voltaje de offset, por ejemplo, en el ejercicio que realizamos más adelante tuvimos un voltaje de 0.081 volts, es decir, aun cuando en la entrada del OpAmp había cero volts, a la salida obtuvimos 0.081 volts, lo que idealmente debería ser cero.

¿Por qué es importante considerar el voltaje de desbalance?

Aunque el error es muy poco, habrá ocasiones en las que tendremos que trabajar con circuitos muy precisos, que dicho error no es aceptable. Imaginemos que armamos un circuito en el cual conectamos 5 o más OpAmps en serie; si bien, un solo amplificador tendrá un voltaje de desbalance pequeño, al conectar los demás en serie cada uno tendrá un “pequeño error”, lo cual provocará que nuestra ultimo OpAmp tenga un voltaje de salida en el cual se fue arrastrando los errores de los otros 4 OpAmps, y ahí el error ya podría ser considerablemente grande.

Así pues, por cuestiones de precisión y para evitar dichos errores, es necesario eliminar el voltaje de desbalance de un OpAmp. Afortunadamente, la mayoría de los amplificadores cuentan con pins para eliminar este ruido generado, en el caso del LM741 (uno de los más utilizados), los pins para eliminar este error son el 1 y el 5.

Diagrama de apoyo del LM741

A continuación les mostraremos como eliminar este ruido llamado “Voltaje de Offset”.

Practica

En esta práctica lograremos medir el voltaje de desbalance, además de que con un potenciómetro podremos eliminar dicha variación.

Circuito

Para determinar el voltaje de offset realizaremos el siguiente circuito, conectando un potenciómetro entre el pin 5 y 1 del amplificador operacional, además de un arreglo de resistencias como se muestra a continuación:

Resultados

Circuito físico

La siguiente medición se obtuvo a la salida del OpAmp (Pin 6), con las dos entradas del amplificador conectadas a tierra, como se muestra en el diagrama de arriba, y sin ajustar el potenciómetro. Por lo que podemos decir que el voltaje de desbalance es de 0.081v.

Para obtener un voltaje de offset igual a cero, debemos mover / ajustar la perilla del potenciómetro, y medir la salida del OpAmp, cuando tengamos un voltaje igual a cero, habremos eliminado el error de desbalance.

Conclusiones

En este artículo analizamos qué es el voltaje de desbalance, cómo nos puede afectar a la hora de trabajar con muchos amplificadores operacionales, o cuando queremos trabajar con mucha precisión. Además, mostramos un circuito que nos permite medir el voltaje de desbalance, y como eliminar el error, para que dicho voltaje sea 0.

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