Amplificador operacional para niños
Datos para niños Amplificador operacional |
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 Amplificador operacional modelo LM741CN de National Semiconductor con encapsulado plástico DIP
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| Tipo | Circuito integrado | |
| Invención | Robert John Widlar | |
| Primera producción | 1964 | |
| Símbolo electrónico | ||
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| Terminales |
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Un amplificador operacional, también conocido como op-amp o ampop, es un componente electrónico muy útil. Es un tipo de amplificador que tiene dos entradas y una salida. Su función principal es tomar la pequeña diferencia de voltaje entre sus dos entradas y hacerla mucho más grande en la salida. Piensa en él como un "músculo" para las señales eléctricas.
Contenido
- ¿Qué es un Amplificador Operacional?
- Historia de los Amplificadores Operacionales
- Características de los Amplificadores Operacionales
- Usos y Aplicaciones Comunes
- Limitaciones de los Amplificadores Operacionales Reales
- ¿Dónde se usan los Amplificadores Operacionales?
- El Amplificador Operacional μA741
- Galería de imágenes
- Véase también
¿Qué es un Amplificador Operacional?
Un amplificador operacional es un circuito integrado que puede aumentar la fuerza de una señal eléctrica. Tiene una "ganancia" muy alta, lo que significa que puede multiplicar la diferencia de voltaje entre sus entradas por cientos de miles de veces.
¿Cómo funciona un Amplificador Operacional?
Aunque hay muchos tipos, todos los amplificadores operacionales tienen una estructura interna similar. Funcionan en tres etapas principales:
- Etapa de entrada: Aquí es donde el amplificador "mira" las dos señales de entrada. Es muy sensible a las pequeñas diferencias.
- Etapa de amplificación: Esta parte aumenta la diferencia de voltaje que detectó la primera etapa.
- Etapa de salida: Finalmente, esta etapa entrega la señal amplificada. También protege el circuito de posibles problemas.
El amplificador operacional tiene dos entradas:
- Una entrada no inversora (marcada con +).
- Una entrada inversora (marcada con –).
La salida del amplificador es el resultado de amplificar la diferencia entre estas dos entradas.
Lazo Abierto: ¿Cómo funciona como comparador?
Cuando un amplificador operacional funciona en "lazo abierto", significa que no hay una conexión directa de la salida a las entradas. En esta configuración, el amplificador actúa como un comparador. Si el voltaje en la entrada no inversora (+) es un poco más alto que en la entrada inversora (–), la salida será el voltaje positivo máximo que puede dar. Si es al revés, la salida será el voltaje negativo máximo. Es como un interruptor que se enciende o apaga según qué entrada sea mayor.
Lazo Cerrado: ¿Cómo se controla la amplificación?
Para que el amplificador operacional haga algo más que solo encenderse o apagarse, se usa algo llamado "realimentación negativa". Esto significa que una parte de la señal de salida se envía de vuelta a la entrada inversora. Esta conexión ayuda a controlar la ganancia del amplificador, haciéndola más predecible y útil para muchas aplicaciones. La ganancia final dependerá de los componentes que se usen en esta conexión de realimentación.
Historia de los Amplificadores Operacionales
El concepto de los amplificadores operacionales apareció por primera vez alrededor de 1947. Al principio, se construían con tubos de vacío y se usaban en las primeras computadoras analógicas. En estas computadoras, realizaban operaciones matemáticas como sumar, restar, multiplicar y dividir. De ahí viene su nombre: "operacional".
El primer amplificador operacional hecho como un circuito integrado (un chip pequeño) fue creado en 1964 por el ingeniero Robert John Widlar en la empresa Fairchild Semiconductor. Este modelo se llamó μA702. Después, en 1965, Widlar lanzó el μA709, que fue un gran éxito. Más tarde, en 1968, David Fullagar desarrolló el famoso μA741, que se convirtió en un estándar en la industria electrónica y es muy conocido aún hoy.
Características de los Amplificadores Operacionales
Los amplificadores operacionales tienen varias características importantes que los hacen útiles:
- Ganancia: Es la capacidad de amplificar la señal. En un amplificador ideal, la ganancia sería infinita. En la realidad, es muy alta (cientos de miles de veces).
- Impedancia de entrada: Es la "resistencia" que el amplificador presenta a la señal de entrada. En un amplificador ideal, sería infinita, lo que significa que no "roba" corriente de la señal de entrada. En los reales, es muy alta.
- Impedancia de salida: Es la "resistencia" que el amplificador presenta a la señal de salida. En un amplificador ideal, sería cero, lo que significa que puede entregar toda la corriente necesaria. En los reales, es muy baja.
- Corriente de entrada: En un amplificador ideal, no debería haber corriente entrando por las entradas. En los reales, es muy pequeña.
- Rapidez de variación de tensión (Slew Rate): Indica qué tan rápido puede cambiar la señal de salida. Es importante para señales que cambian muy rápido.
Usos y Aplicaciones Comunes
Los amplificadores operacionales son muy versátiles y se usan en muchísimos dispositivos electrónicos. Aquí te mostramos algunas de sus aplicaciones más comunes:
Comparador
Un amplificador operacional puede comparar dos voltajes y dar una salida alta o baja, dependiendo de cuál sea mayor. Esto es útil para sistemas de control que necesitan encender o apagar algo, como un termostato que activa un calentador cuando la temperatura baja de cierto punto.
Seguidor de Voltaje
Este circuito hace que la salida sea exactamente igual a la entrada. Parece simple, pero es muy útil para "proteger" una señal. Por ejemplo, si tienes un sensor que produce una señal muy débil, el seguidor de voltaje puede copiar esa señal sin que se debilite al conectarla a otro circuito.
Amplificador No Inversor
En esta configuración, la señal de salida tiene la misma dirección (polaridad) que la señal de entrada. Si la entrada sube, la salida sube. La cantidad de amplificación se controla con dos resistencias externas.
Amplificador Inversor
A diferencia del no inversor, en esta configuración la señal de salida tiene la polaridad opuesta a la entrada. Si la entrada sube, la salida baja. También se controla con resistencias externas.
Sumador Inversor
Este circuito puede sumar varias señales de entrada y dar una salida que es la suma de ellas, pero con la polaridad invertida. Es como una calculadora analógica que suma voltajes.
Restador Inversor
Este circuito puede restar una señal de otra. Es útil para medir diferencias entre dos señales.
Integrador Ideal
Un integrador es un circuito que "acumula" la señal de entrada a lo largo del tiempo. Es como un contador que va sumando el valor de la señal continuamente.
Derivador Ideal
Un derivador hace lo contrario que un integrador: mide qué tan rápido cambia la señal de entrada. Si la señal cambia mucho, la salida será grande; si cambia poco, la salida será pequeña.
Conversor de Corriente a Tensión
Este circuito toma una corriente de entrada y la convierte en un voltaje de salida proporcional. Es muy útil para sensores que producen una corriente muy pequeña, como los que miden la luz.
Funciones Exponencial y Logarítmica
Los amplificadores operacionales pueden usarse para crear circuitos que calculan el logaritmo o la función exponencial de una señal. Esto se logra usando componentes como diodos o transistores de una manera especial.
Convertidor Digital-Analógico (R-2R)
Estos circuitos toman señales digitales (como las de una computadora, que son 0s y 1s) y las convierten en una señal analógica (un voltaje que puede tener muchos valores). Son esenciales para que los dispositivos digitales puedan interactuar con el mundo real.
Limitaciones de los Amplificadores Operacionales Reales
Aunque los amplificadores operacionales ideales tienen características perfectas, los reales tienen algunas limitaciones:
- Saturación: La salida de un amplificador operacional no puede ser infinita. Siempre está limitada por el voltaje con el que se alimenta. Si la señal de entrada es demasiado grande, la salida alcanzará su límite y se "saturará".
- Voltaje de desequilibrio (Offset): Idealmente, si las dos entradas son iguales, la salida debería ser cero. Pero en los amplificadores reales, puede haber una pequeña diferencia de voltaje en la salida, incluso si las entradas son iguales. Esto se llama voltaje de offset.
- Corrientes de entrada: Aunque muy pequeñas, las entradas de un amplificador real necesitan una corriente mínima para funcionar.
- Dependencia de la temperatura: Las características de los amplificadores operacionales pueden cambiar ligeramente con la temperatura.
¿Dónde se usan los Amplificadores Operacionales?
Los amplificadores operacionales se encuentran en muchos lugares, como:
- Calculadoras digitales
- Filtros de audio y video
- Preamplificadores de sonido
- Reguladores de voltaje
- Conversores de señales
- Adaptadores de niveles de voltaje (para que diferentes tipos de circuitos puedan "hablar" entre sí)
- Rectificadores de precisión (para convertir corriente alterna en continua de forma muy exacta)
El Amplificador Operacional μA741
El μA741 es un ejemplo clásico de amplificador operacional. Fue diseñado en 1968 y se convirtió en un modelo muy popular. Aunque hoy en día hay amplificadores más modernos y con mejor rendimiento, el 741 sigue siendo un referente y se usa para enseñar los principios básicos de estos dispositivos.
Galería de imágenes
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Diagrama electrónico del operacional 741.
Véase también
En inglés: Operational amplifier Facts for Kids
