Medición de amplificadores operacionales: ganancia, saturación, respuesta en frecuencia y slew rate

Conceptos y Mediciones Esenciales en Amplificadores Operacionales

Los amplificadores operacionales (A.O.) son componentes fundamentales en la electrónica. Comprender y verificar sus parámetros clave es crucial para el diseño y la depuración de circuitos. A continuación, se detallan los procedimientos y conceptos importantes relacionados con su funcionamiento.

Verificación de la Ganancia en Lazo Cerrado del Amplificador Operacional

La ganancia en lazo cerrado de un Amplificador Operacional (A.O.) se verifica midiendo la resistencia de realimentación (Rf) y la resistencia de entrada inversora (Rin). La ganancia en lazo cerrado (Av) se calcula dividiendo la resistencia de realimentación (Rf) por la resistencia de entrada (Rin) del A.O. Para modificar la ganancia, basta con variar el valor de estas resistencias.

Detección del Efecto de Saturación en la Salida del A.O.

Para verificar el efecto de saturación en la salida, se conecta un osciloscopio a la salida del A.O. Este mostrará el voltaje amplificado. Sin embargo, si el voltaje de salida excede el voltaje de alimentación (Vcc), la señal comenzará a 'rectangularse' o recortarse. Esto es un claro indicio de que el amplificador operacional está saturado, y permite identificar el voltaje exacto en el que ocurre la saturación.

Causas de Saturación del A.O. al Retirar la Resistencia de Realimentación

El Amplificador Operacional se satura al retirar la resistencia de realimentación porque esta resistencia es crucial para controlar la ganancia del amplificador. Al retirarla, la ganancia del A.O. tiende a infinito, lo que provoca que el voltaje de salida se dispare y supere los límites de alimentación (Vcc), resultando en una saturación inmediata.

Determinación de la Respuesta en Frecuencia de un A.O. Inversor

Para determinar la respuesta en frecuencia de un A.O. inversor, se conecta un generador de señal a la entrada del circuito y un osciloscopio tanto a la entrada como a la salida. Al variar la frecuencia de la señal de entrada, se observa que la señal de salida mantiene su amplitud hasta que la frecuencia sobrepasa el ancho de banda del A.O. A partir de ese punto, la amplitud de la señal de salida comienza a disminuir. Es importante recordar que, al ser un amplificador inversor, la señal de salida estará desfasada 180° respecto a la entrada.

Medición del Slew Rate en Amplificadores Operacionales

El Slew Rate (SR) se mide aplicando una señal de entrada (por ejemplo, una onda cuadrada de 1 kHz) al A.O. y observando la pendiente de la señal de salida con un osciloscopio. El Slew Rate se calcula como el cambio de voltaje en el eje vertical (ΔV) dividido por el tiempo en el eje horizontal (Δt), generalmente expresado en V/µs. Esto se puede determinar contando los cuadros en el osciloscopio. Una precaución fundamental es asegurarse de que el amplificador no esté saturado durante la medición.

Aplicaciones y Ventajas de un Slew Rate Elevado

Un Slew Rate más alto generalmente indica un amplificador de mejor calidad, capaz de manejar cambios rápidos de voltaje. Por lo tanto, un A.O. con un Slew Rate elevado es ideal para aplicaciones que requieren alta velocidad, como comparadores de voltaje y circuitos osciladores, donde contribuye a una respuesta más precisa y rápida.

Visualización del Overshoot en la Salida del A.O.

El overshoot (o sobreimpulso) se visualiza en la señal de salida del A.O. Se refiere al pico transitorio que excede el valor final deseado de la señal antes de estabilizarse, y a veces se le denomina 'residuo' o 'sobre disparo'.