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Amplificadores Operacionales ysu uso en la electrnica junio 28, 2013 (http://panamahitek.com/amplificadores-operacionales-y-su-uso-en-la-electronica/) Antony Garca Gonzlez (http://panamahitek.com/author/antony-garcia-gonzalezgmail-com/) Conceptos de electrnica (http://panamahitek.com/category/electronica/conceptos-de-electronica/)

Aqu se habla acerca de los amplificadores operacionales y el usoque se les da en la electrnica mediante sus diferentesconfiguraciones que nos permiten realizar funciones especialesdentro de circuitos electrnicos, y por supuesto, en combinacincon Arduino

En esta ocasin les traigo un post acerca de los amplificadores operacionales, loscuales son muy importantes en el mundo de la electrnica. De hecho muchosdispositivos electrnicos avanzados (como Arduino por ejemplo) estn basados enamplificadores operacionales. Los circuitos integrados de hoy da poseen miles ymillones de componentes en su interior, entre los cuales destaca el amplificadoroperacional.

Pero, qu es un amplificador operacional?

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(http://panamahitek.com/wp-content/uploads/2013/08/09456-01-435.jpg)

Los amplificadores operacionales, tambin llamados Op Amp por sussiglas en ingls, son dispositivos electrnicos capaces de realizar unagran cantidad de funciones dentro de un circuito electrnico ,dependiendo de la como se coloque dentro del mismo.

El amplificador operacional posee 5 patas, las cuales poseen distintas funciones:


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(http://panamahitek.com/wp-content/uploads/2013/08/amplificador_operacional.jpg)

Terminal Descripcin

input Entrada Inversora+ input Entrada no inversoraOutput Salida+Vss AlimentacinPositiva-Vss AlimentacinNegativa

En los amplificadores operacionales se cumplen algunas condiciones:

La impedancia entre las entradas inversora y no inversora esinfinita, por lo que no hay corriente de entrada.La diferencia de potencial entre las terminales inversora y noinversora es, o debe ser nula.No hay corriente entrando o saliendo de las patas inversora y noinversora.

Con dichas condiciones basta para conocer el funcionamiento de losamplificadores operacionales.

El smbolo del amplificador operacional es el de un tringulo en cuyabase de colocan las patas inversora y no inversora. En el vrticesuperior se coloca la salida.

En los lados del tringulo se colocan las entradas del voltaje que senecesita para hacer efectiva la amplificacin.


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Usos del Amplificador Operacional

Como su nombre lo indica, el amplificador operacional es undispositivo que puede aumentar cualquier tipo de seal, sea de voltajeo de corriente, de corriente alterna o de corriente directa.

Ahora vamos a ver como es que se da este proceso y las diferentesconfiguraciones con las que puede trabajar este dispositivo.

El Amplificador Operacional como comparador

(http://panamahitek.files.wordpress.com/2013/06/sin-tc3adtulo-110.png)

Una de las funciones principales del amplificador operacional es la decomparador. Una de las condiciones que se debe cumplir para utilizarel amplificador operacional es que el voltaje entre la entrada inversoray no inversora debe ser cero.


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Si establecemos un voltaje fijo en la terminal inversora, pero en la patano inversora tenemos un voltaje menor a dicho potencial, la salida delamplificador ser nula, es decir, no habr voltaje en la salida.

(http://panamahitek.files.wordpress.com/2013/06/op-amp.png)

Si igualamos el voltaje en las terminales inversora y no inversora, lasalida de voltaje ser efectiva.


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(http://panamahitek.files.wordpress.com/2013/06/op-amp1.png)

Esta funcin es utilizada en los comparadores lgicos que conformanlos conversores de Anlogo a Digital.

Los voltmetros y por extensin la mayora de los instrumentos demedicin digitales estn basados en comparadores lgicos yconversores de anlogo a digital.

Tambin pueden ser utilizados para comparar niveles de voltajes o enprotecciones contra sobre corriente.

Los usos que le podamos dar al comparador los podremos estudiar aprofundidad en futuros aportes.

El Amplificador Operacional no inversor


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Esta configuracin permite aumentar el nivel del voltaje en una sealde entrada de tal forma que la seal que entra en la pata no inversorasale amplificada del dispositivo.

Pero, cmo sucede esto?

Hagamos un anlisis sencillo

Si el voltaje en las terminales inversora y no inversora es el mismo,entonces podemos suponer que el voltaje entre R1 y R2 es el mismoque el voltaje de entrada.


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(http://panamahitek.files.wordpress.com/2013/06/no-inversor.png)

Segn la Ley de Ohm (http://panamahitek.com/conceptos-basicos-de-electricidad-la-ley-de-ohm/) la corriente es igual al voltaje entre laresistencia.

La Ley de Las Corrientes de Kirchhoff establece que la corriente queentra a un nodo es la misma corriente que sale del mismo.

Basados en estos dos conceptos, podemos analizar las corrientes que


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entran al Nodo a analizar que es el que se forma entre las resistenciasR1 y R2.

(http://panamahitek.files.wordpress.com/2013/06/ecuaciones.png)

La corriente que entra al nodo es resultado de dividir voltaje entreresistencia, donde el voltaje ser la diferencia entre voltaje de salida yvoltaje de entrada. Se supone que la corriente va del mayor potencial almenor potencial y se asume que el voltaje de salida es mayor que el deentrada. De ah se asume el sentido de las corrientes.

Luego la corriente de salida ser igual al voltaje de entrada menos elvoltaje en tierra (0 voltios) entre la resistencia.

Si reducimos la expresin obtendremos la siguiente ecuacin:


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(http://panamahitek.files.wordpress.com/2013/06/op-amp-no-inversor.png)

Podemos hacer una prueba con el simulador.

Si queremos obtener el doble de un voltaje de entrada, los valores deR2 y de R1 deben ser idnticos. Usaremos como voltaje de entrada 3voltios.


Ahora en el simulador:


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Con esto se comprueba que la ecuacin del amplificador no inversorse cumple. Cabe destacar que los valores de R1 y R2 los podemosescoger siempre y cuando sean iguales. Todo va a depender de cuantacorriente queremos que halla en la salida.

El Amplificador Operacional como inversor


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El amplificador operacional inversor logra invertir un voltaje de entradaa la vez que lo amplifica.

El anlisis es simple. Una vez ms el voltaje en la para inversora y en lano inversora es el mismo. Como en la terminal no inversora el voltajees cero (GND), entonces hacemos un anlisis en el nodo que se formaentre R1 y R2.


Si hacemos un anlisis en el nodo que se seala en la figura obtenemoslo siguiente:


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(http://panamahitek.files.wordpress.com/2013/06/eq2.png)

La corriente que entra es el resultado de dividir el voltaje de entradamenos el voltaje en las terminales inversoras y no inversoras (es elmismo) entre la resistencia R1.

Recordemos que no entra ni sale ninguna corriente entre las terminalesinversora y no inversora. Esto quiere decir que la corriente que entraser igual a la que sale.

La corriente que sale es el resultado de dividir la diferencia en el voltajeen las terminales inversora y no inversora menos el voltaje de salidaentre la resistencia.

Si llevamos todo a una expresin final en donde el voltaje de salidaquede expresado en funcin del voltaje de entrada, obtenemos:


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(http://panamahitek.files.wordpress.com/2013/06/eq3.png)

Si utilizamos los valores que aparecer en la figura de arriba obtenemos:

Vsalida = -(5)(1k/1k)=-5 voltios


Como podemos observar, la simulacin coincide con nuestrosclculos.

Si queremos duplicar el voltaje a la vez que lo invertimos, el valor de R2debe ser el doble del de R1, para que el V de entrada sea duplicado.


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Las relaciones entre las resistencias R1 y R3 son las que indican elfactor multiplicador del voltaje de entrada el cual siempre tendr signoinverso.

El Amplificador Operacional como sumador inversor

El amplificador operacional sumador permite al usuario sumar variosniveles de voltaje a la vez que se invierte el signo del voltaje.


El anlisis de esta configuracin es el siguiente:


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Utilizando la Ley de las Corrientes de Kirchhoff se obtiene:


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Cabe destacar que a esta expresin se le pueden agregar ms fases, porlo tanto ms voltajes. Una vez ms todo depender de las relaciones enlas resistencias.

El resultado es el siguiente:


La salida es la suma de todos los voltajes (2+3+4=9) pero con signoinvertido.

Esta configuracin es muy utilizada en los convertidores de digital aanlogo para transformar seales digitales a niveles de voltaje anlogo.

Existen otras configuraciones como el restador de voltaje, el integradorideal, el diferenciador ideal y la funcin exponencial y logartmica, sin


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embargo por el momento no vamos a utilizar dichas configuracionespara nuestros diseos, los cuales estn enfocados en proyectosbasados en Arduino.

Espero que el material presentado sea de mucha utilidad para todosustedes.

Saludos.

Para ms informacin visita:

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional(http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional)


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Henry Camelo Trabaja en Empaques industriales comolombianos s.a.sexcelente articulo!Like Reply 1 15 de marzo de 2015 21:49

Antony Garca Gonzlez Asistente de Investigacin en Universidad Tecnolgica de PanamGraciasLike Reply 18 de marzo de 2015 7:15

Ney Rivera Trabaja en LIDER MOTOR SACgracias por el aporte de gran ayuda ........XDLike Reply 2 de diciembre de 2014 19:47

Eymar Daniel Perea Sierraquisiera saber la aplicacion de los invesores y de losinversores graciasLike Reply 1 de noviembre de 2014 19:50

Antony Garca Gonzlez Asistente de Investigacin en Universidad Tecnolgica de PanamPara invertir voltaje. O en amplificadores de audiopara inversin de faseLike Reply 2 de noviembre de 2014 19:30

Kenya RomeroMuy buenoLike Reply 20 de octubre de 2014 20:49

Brayan Nina Portugal Escuela Militar de Ingenieriame ayudo muchoLike Reply 22 de septiembre de 2014 6:27

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ANTONY GARCA GONZLEZ (HTTP://PANAMAHITEK.COM/AUTHOR/ANTONY-GARCIA-GONZALEZGMAIL-COM/)

Nace el 30 de julio del ao 1992 en Ciudad de Chitr, provincia de Herrera,Panam. Crece y recibe su educacin primaria y pre media en Guarar. Hacia elao 2008 inicia sus estudios de Bachillerato en Ciencias con nfasis enInformtica en el Instituto Coronel Segundo De Villarreal en la Villa de LosSantos. Se grada en el ao 2010 e inicia sus estudios de Licenciatura enIngeniera Electromecnica en la Universidad Tecnolgica de Panam (UTP),sede Azuero. En el 2013 inicia el proyecto Panama Hitek. Actualmente es eldirector del equipo de autores, cursa el sptimo semestre de su carrera ytrabajar para la UTP como asistente de investigacin, para la Unidad deEficiencia Energtica


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