Como funciona o amplificador operacional (O- Pamp)

Como Funciona un Amplificador Operacional?

Un amplificador operacional (Op-Amp) é un compoñente electrónico altamente integrado amplamente utilizado en circuitos para a amplificación de sinais, filtrado, integración, diferenciación e moitas outras aplicacións. A súa función principal é amplificar a diferenza de voltaxe entre as súas dúas terminais de entrada. Aquí está unha explicación de como funciona un amplificador operacional e conceptos clave:

1. Estructura Básica

• Un amplificador operacional xeralmente ten cinco pines:

• Entrada Non Inversora (V+): Terminal de entrada positiva.

• Entrada Inversora (V−): Terminal de entrada negativa.

• Saída (Vout): Sinal de saída amplificado.

• Alimentación Positiva (Vcc): Voltaxe de alimentación positiva.

• Alimentación Negativa (Vee): Voltaxe de alimentación negativa.

2. Principio de Funcionamento

Suposicións para un Amplificador Operacional Ideal

• Ganancia Infinita: Idealmente, a ganancia A do op-amp é infinita.

• Impedancia de Entrada Infinita: A impedancia de entrada Rin é infinita, o que significa que a corrente de entrada é case cero.

• Impedancia de Saída Cero: A impedancia de saída Rout é cero, o que significa que a corrente de saída pode ser arbitrariamente grande sen afectar a voltaxe de saída.

• Ancho de Banda Infinito: Idealmente, o op-amp pode funcionar a todas as frecuencias sen ningún tipo de limitación.

Características dun Amplificador Operacional Real

• Ganancia Finita: Na práctica, a ganancia A do op-amp é finita, xeralmente variando desde dez elevado a cinco ata dez elevado a seis.

• Impedancia de Entrada Finita: A impedancia de entrada real non é infinita, pero é moi alta (nível de megohmios).

• Impedancia de Saída Non Cero: A impedancia de saída real non é cero, pero é moi baixa.

• Ancho de Banda Finito: O ancho de banda real do op-amp está limitado, xeralmente variando desde centenas de quilohertz até megahertz.

3. Modos Básicos de Funcionamento

Configuración en Bucle Aberto

Ganancia en Bucle Aberto: Na configuración en bucle aberto, a ganancia A do op-amp amplifica directamente a voltaxe diferencial de entrada.

Saturación: Debido á alta ganancia A, incluso unha pequena diferenza de voltaxe de entrada pode provocar que a voltaxe de saída alcance os límites das voltaxes de alimentación (isto é, Vcc ou Vee).

Configuración en Bucle Pechado

Realimentación Negativa: Ao introducir realimentación negativa, a ganancia do op-amp pode controlarse para funcionar dentro dun rango razonable.

Circuito de Realimentación Negativa: Os circuitos comúns de realimentación negativa inclúen amplificadores inversores, amplificadores non inversores e amplificadores diferenciais.

Curto Virtual e Aberto Virtual: Nos circuitos de realimentación negativa, as voltaxes nas dúas terminais de entrada do op-amp son case iguais (curto virtual), e a corrente de entrada é case cero (aberto virtual).

4. Circuitos de Aplicación Común

Amplificador Inversor

Estrutura do Circuito: O sinal de entrada alimentase a través dun resistor R1 á entrada inversora V −, e un resistor de realimentación Rf conecta a saída Vout á entrada inversora V-.

Amplificador Non Inversor

Estrutura do Circuito: O sinal de entrada alimentase a través dun resistor R1 á entrada non inversora V +, e un resistor de realimentación Rf conecta a saída Vout á entrada inversora V−.

Amplificador Diferencial

Estrutura do Circuito: Dois sinais de entrada aplicanse á entrada non inversora V+ e á entrada inversora V−, e un resistor de realimentación Rf conecta a saída V out á entrada inversora V −.

5. Resumo

Un amplificador operacional funciona amplificando a diferenza de voltaxe entre as súas dúas terminais de entrada, coa funcionalidade central baseada na alta ganancia e nos mecanismos de realimentación negativa. Utilizando diferentes configuracións de circuito, os op-amps poden realizar varias funcións como amplificación, filtrado, integración e diferenciación. Entender os principios de funcionamento e os circuitos de aplicación común dos op-amps é esencial para deseñar e solucionar problemas en diversos sistemas electrónicos.