Entendiendo los Op-Amps

El Amplificador Operacional (Op-Amp) es un amplificador DC de alta ganancia con entradas diferenciales que constituye la base de la electronica analogica moderna. Desarrollado originalmente para computadoras analogicas para realizar "operaciones" matematicas (de ahi el nombre), los op-amps se usan ahora en practicamente todos los circuitos analogicos, desde equipos de audio hasta instrumentacion de precision. Con ganancia casi infinita y alta impedancia de entrada, un op-amp se convierte en un bloque constructivo "perfecto" cuyo comportamiento esta determinado enteramente por los componentes externos de retroalimentacion.

Objectives

• Comprender las caracteristicas ideales del op-amp y las dos "Reglas de Oro"
• Reconocer las limitaciones reales del op-amp (voltaje de offset, corriente de polarizacion, tasa de cambio, ancho de banda)
• Disenar y analizar amplificadores inversores y no inversores
• Construir amplificadores sumadores, amplificadores de diferencia y amplificadores de instrumentacion
• Crear integradores y diferenciadores para procesamiento de senales
• Disenar filtros activos (pasa-bajos, pasa-altos, pasa-banda)
• Usar op-amps como comparadores y osciladores
• Seleccionar op-amps apropiados para aplicaciones especificas
• Diagnosticar problemas comunes en circuitos con op-amps
• Recuperar e identificar op-amps de equipos electronicos

Key Takeaways

• Los op-amps tienen ganancia muy alta; el comportamiento lo determina la red de retroalimentacion
• Reglas de Oro: las entradas no consumen corriente; la retroalimentacion negativa iguala las entradas
• Inversor: Av = -Rf/Rin, impedancia de entrada = Rin
• No inversor: Av = 1 + Rf/R1, impedancia de entrada muy alta
• Los op-amps reales tienen voltaje de offset, ancho de banda limitado y tasa de cambio finita
• Producto GBW: Ganancia × Ancho de Banda = constante
• Los filtros activos proporcionan ganancia y buffering; no se necesitan inductores
• Los comparadores usan retroalimentacion positiva u operacion en lazo abierto
• Siempre usar condensadores de desacoplo en los pines de alimentacion
• Seleccionar el op-amp segun la aplicacion: precision, audio, alta velocidad, bajo consumo

Practice Problems

Problem 1: Disena un amplificador inversor con ganancia de -5 y Zin >= 10kΩ.

Problem 2: Un amplificador no inversor tiene R1=1kΩ y Rf=9kΩ. Cual es la ganancia?

Problem 3: Un op-amp tiene GBW=5MHz. Cual es el ancho de banda con ganancia de 100?

Problem 4: Disena un amplificador sumador para Vout = -(V1 + 2×V2) con Rf=20kΩ.