Realimentación negativa, amplificador

Es una forma de realimentar un Amplificador Operacional para que trabaje en un régimen lineal más extenso.

En los AO ideales, con realimentación negativa (por la entrada inversora), la tensión en las entradas inversora y no inversora se igualan.

El resultado de ésto es que la salida se puede expresar en función de la entrada como V- = BVs

El circuito básico para la realimentación negativa es éste:

Aquí se pueden ver las corrientes de cada rama. Obviemos la carga a la salida.

Desarrollando las fórmulas de teoría de circuitos:

Vs=Av*(Ve-B*Vs)

Vs+Av*B*Vs=Av*Ve

Vs*(Av*B+1)=Av*Ve

Vs/Ve=Av/(Av*B+1)

Vs/Ve=1/B=(R1+R2)/R1

Gv=1+(R2/R1)

Vs=tensión de salida

Ve=tensión de entrada

Aquí tenemos el amplificador no inversor con ganancias mayores que 1.

En las resistencias se utilizan valores del orden de kilo ohmios para evitar que se pierda corriente y que el AO se sature, ya que tiene una capacidad limitada.

Ahora veamos el amplificador inversor.

Éste funciona poniendo a masa la entrada no inversora y con Ve a R1. Aplicaremos en ésta ocasión que las tensiones en las dos entradas son iguales (serán 0 por estar la no inversora a masa), que las corrientes de entrada son nulas, y las leyes de Kirchoff. Así pues:

(Ve-V-)/Rin=(V- -Vs)/Rf

Ésto es porque tenemos una corriente I1 que atraviesa Rin y otra I2 que circula por Rf, que son iguales. La I1 es igual a la tensión de entrada menos la que cae por la entrada inversora, dividido por la resistencia “Rin”, y I2 es la tensión que cae por la entrada inversora menos la de salida, dividido por la resistencia “Rf”. Ahora desarrollemos más:

V-=0, así que sencillamente…

Vs=-(R2/R1)Ve

La función de transferencia en éste caso es inversa a la que vimos en el anterior post, lo que indica que cualquier entrada la amplifica y la vuelve negativa.

Vaya mente debía tener el que inventó el cacharro éste ¿eh? Pues aún queda…

Un pequeño anexo: cuando ponemos una resistencia de carga, la corriente que atraviesa Rf se bifurca, de forma que la corriente que pasa por la carga puede saturar el AO, por no poder éste otorgar suficiente corriente para toda la carga y la demanda que tiene.

AO: Generalidades, bucle abierto

Como en las próximas semanas voy a trabajar el amplificador operacional, es necesario una introducción para conocer qué es ése pequeño que tan complejo ha sido siempre de entender.

Bien, el amplificador operacional es un componente activo, que necesita un aporte externo de energía para funcionar. Suelen estar compuestos de materiales semiconductores. Su símbolo es éste:

Como vemos tiene 2 entradas: inversora y no inversora, 2 patillas de alimentación, para alimentación simétrica, y una salida. Los pines del integrado donde se encuentra cada una de éstas viene definido por el fabricante, el ejemplo más común es el 741:

La salida, definida mediante la función de transferencia, cuando trabaja en bucle abierto es:

Vs=Av*(V+ – V-)

Donde Av es la ganancia diferencial del amplificador operacional. La función de transferencia que vemos en ésta tabla es la de un AO ideal: no existe una región lineal entre el punto más alto o el más bajo porque la ganancia es infinita. Cuando la diferencia entre entradas no inversora e inversora es positiva, se satura positivamente, y cuando es negativa, se satura negativamente. Normalmente la tensión de saturación será siempre algo menor a la tensión de alimentación. En éste modo de operación se suele utilizar como comparador de tensiones.

Otra característica importante de los AO es su altísima impedancia de entrada, por lo que se puede considerar que la entrada de corriente es nula. A su vez tienen muy baja impedancia de salida aunque su corriente sea bastante limitada.

Aunque el ancho de banda varía según su utilidad, los que se usan a nivel de estudiante, sonido y aplicaciones no profesionales trabajan entre los 0 y 20 kHz aproximadamente.

Ahora veamos la función de transferencia de un AO real:

Aquí se ve la región lineal, cuyo rango normalmente es bastante más pequeño, del orden de microvoltios, antes de saturar. Si por ejemplo tenemos un AO alimentado a +-15V y con una Av de 10^6 v/v, veremos que satura positivamente a partir de los 15 microvoltios, es decir, en total tiene una región lineal de 30 microvoltios.

Ésto es todo lo que hay que saber para iniciarse, si queda algún cabo suelto o cualquier duda podéis preguntar mediante un comentario.

También tengo que comentar que el curso nos lo están dando basado en el libro “Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos” de Robert L. Boylestad, décima edición, que podéis encontrar en freelibros.com, entre muchos otros.