Amplificadores Operacionales: Principios de Operación en Lazo Abierto y Comparadores de Voltaje

Características Fundamentales del Amplificador Operacional

El amplificador diferencial, que puede estar construido con tecnología bipolar o FET, determina la alta impedancia de entrada y la excelente ganancia de voltaje del dispositivo. El amplificador complementario establece la baja impedancia de salida. La red de compensación de offset polariza el sistema de modo que el voltaje de salida sea aproximadamente 0 V cuando la señal diferencial de entrada es 0 V.

Los amplificadores operacionales son impulsados generalmente por una fuente de alimentación de doble polaridad que proporciona las tensiones simétricas +V y -V y la referencia común de tierra (GND). Esto permite que la salida del amplificador pueda realizar excursiones positivas y negativas con respecto a tierra y adoptar cualquier valor entre +V y -V, inclusive cero.

Operación en Lazo Abierto: Comparadores de Voltaje

Un amplificador operacional puede ser utilizado en lazo abierto o en lazo cerrado. Si no existe realimentación (es decir, si los terminales de entrada no reciben ninguna señal de regreso desde la salida), el dispositivo trabaja con su máxima ganancia posible (A₀, también conocida como ganancia de lazo abierto). La operación en lazo abierto se utiliza principalmente para la comparación de voltajes.

Figura 4 – Funcionamiento en lazo abierto, como comparador.

El Amplificador Operacional como Comparador

La Figura 4 ilustra un comparador de voltaje básico implementado con un amplificador operacional. En este circuito, un voltaje de referencia fijo (V₂) se aplica a la entrada inversora (-) y un voltaje de muestra variable (Vᵢ) a la entrada no inversora (+). El voltaje de salida (V₀) es proporcional a la diferencia de los voltajes de entrada y se expresa como:

Donde A₀ es la ganancia de lazo abierto del dispositivo. Debido a que esta última es extremadamente alta, típicamente del orden de 100 dB (equivalente a 100,000 veces), cualquier diferencia, por mínima que sea, entre V₁ y V₂, provoca que la salida se sature y V₀ alcance un valor próximo al voltaje de alimentación. Específicamente:

• V₀ = +V si V₁ > V₂
• V₀ = -V si V₁ < V₂