Características del Amplificador Operacional

Amplificador operacional o op amp, como suelen llamarse, son dispositivos lineales que pueden proporcionar una amplificación DC ideal. Son fundamentalmente dispositivos de amplificación de voltaje utilizados con componentes de retroalimentación externos como resistencias o condensadores. Un op amp es un dispositivo de tres terminales, con un terminal llamado entrada inversora, otro la entrada no inversora y el último es la salida. A continuación, se muestra un diagrama de un op amp típico:

Como puede ver en el diagrama, el op amp tiene tres terminales para entrada y salida y dos para alimentación.
Antes de entender el funcionamiento de un op amp, debemos aprender sobre las características del op amp. Las explicaremos una por una aquí:

Ganancia de voltaje en bucle abierto (A)

La ganancia de voltaje en bucle abierto sin ninguna retroalimentación para un op amp ideal es infinita. Sin embargo, los valores típicos de ganancia de voltaje en bucle abierto para un op amp real oscilan entre 20,000 y 200,000. Sea Vin la tensión de entrada. Sea A la ganancia de voltaje en bucle abierto. Entonces, la tensión de salida es Vout = AVin. El valor de A generalmente está en el rango especificado, pero para un op amp ideal, es infinito.

Impedancia de entrada (Zin)

La impedancia de entrada se define como la tensión de entrada dividida por la corriente de entrada. La impedancia de entrada de un op amp ideal es infinita. Es decir, no hay corriente fluyendo en el circuito de entrada. Sin embargo, un op amp ideal tiene cierta corriente fluyendo en el circuito de entrada de magnitud de pocos picoamperios a pocos miliamperios.

Impedancia de salida (Zout)

La impedancia de salida se define como la relación entre la tensión de salida y la corriente de entrada. La impedancia de salida de un op amp ideal es cero, sin embargo, los op amps reales tienen una impedancia de salida de 10-20 kΩ. Un op amp ideal se comporta como una fuente de tensión perfecta entregando corriente sin pérdidas internas. La resistencia interna reduce la tensión disponible para la carga.

Ancho de banda (BW)

Un op amp ideal tiene un ancho de banda infinito, es decir, puede amplificar cualquier señal desde DC hasta las frecuencias AC más altas sin pérdidas. Por lo tanto, se dice que un op amp ideal tiene una respuesta de frecuencia infinita. En los op amps reales, el ancho de banda generalmente está limitado. El límite depende del producto de la ganancia y el ancho de banda (GB). GB se define como la frecuencia donde la ganancia del amplificador se vuelve unitaria.

Tensión de desplazamiento (Vio)

La tensión de desplazamiento de un op amp ideal es cero, lo que significa que la tensión de salida será cero si la diferencia entre la terminal inversora y no inversora es cero. Si ambas terminales están conectadas a tierra, la tensión de salida será cero. Pero los op amps reales tienen una tensión de desplazamiento.

Relación de rechazo de modo común (CMRR)

El modo común se refiere a la situación en la que se aplica la misma tensión a ambos terminales, inversor y no inversor, del op amp. El rechazo de modo común se refiere a la capacidad del op amp para rechazar la señal de modo común. Ahora estamos en condiciones de entender el término relación de rechazo de modo común.
La relación de rechazo de modo común se refiere a la medida de la capacidad del op amp para rechazar la señal de modo común. Matemáticamente, se define como

Donde, AD es la ganancia diferencial del op amp, ∞ para un op amp ideal.
ACM se refiere a la ganancia de modo común del op amp.
La CMRR de un op amp ideal es ∞. Eso significa que es capaz de rechazar todas las señales de modo común. También, de la fórmula, podemos ver que AD es infinito para un op amp ideal y ACM es cero. Por lo tanto, la CMRR de un op amp ideal es infinita. Por lo tanto, rechazará cualquier señal que sea común a ambos.
No obstante, los op amps reales tienen una CMRR finita y no rechazan todas las señales de modo común.

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