Los amplificadores operacionales son componentes esenciales en circuitos electrónicos, y uno de sus tipos más comunes es el amplificador no inversor. Pero, ¿qué es exactamente un amplificador operacional no inversor? Si te interesa conocer más sobre este dispositivo y cómo funciona, no te pierdas este artículo donde te explicaremos todo lo que debes saber. ¡Comencemos!
En el mundo de la electrónica, existen muchos tipos diferentes de amplificadores. Un tipo es el amplificador operacional no inversor, que tiene varias propiedades únicas que lo hacen útil en una variedad de aplicaciones. En esta publicación de blog, veremos más de cerca qué es un amplificador operacional no inversor, cómo funciona y algunas de las formas en que se puede usar.
¿Qué es una entrada no inversora?
La entrada no inversora de un amplificador operacional tiene una ganancia de voltaje inferior a uno, lo que significa que mantiene la misma polaridad que su señal inicial. Cuando se conecta correctamente, una entrada no inversora emitirá una versión amplificada de la señal original. Este tipo de amplificador se usa comúnmente en aplicaciones como filtros activos y amplificadores de audio.
La> Además, este tipo de amplificador se puede hacer más estable ajustando componentes adicionales como resistencias y condensadores, lo que los hace adecuados para su uso en circuitos de alta frecuencia donde la estabilidad es fundamental. [1]
¿Cómo funciona el amplificador operacional no inversor?
El amplificador operacional no inversor está diseñado con la presunción de que una de sus entradas (la no inversora) funcionará a un voltaje más alto que la otra entrada (la inversora). Cuando esta relación se cumple, la ganancia está determinada por la relación de resistencias en el circuito.
La construcción de un circuito de amplificador operacional no inversor es una tarea sencilla que solo requiere tres componentes: un amplificador operacional, dos resistencias y una fuente de voltaje de entrada. La resistencia inicial, R1, está puenteada entre la entrada positiva y la tierra; mientras que la segunda resistencia, R2, se interconecta con la entrada negativa y tierra. Posteriormente, se debe acoplar el origen del voltaje de entrada con la entrada no inversora de un amplificador operacional.
Cuando se aplica un voltaje de entrada a este circuito, fluye una corriente a través de cada una de las resistencias. Esta corriente provoca una caída de voltaje en cada resistencia que se puede calcular según la ley de Ohm (V = I*R). Dado que estos voltajes difieren según sus respectivas resistencias, provocarán una amplificación o ganancia en el voltaje de salida del amplificador operacional. La ganancia está determinada por la relación de R1 dividida por R2.
Entonces, si tenemos R1 configurado en 10kΩ y R2 configurado en 5kΩ, la ganancia del circuito será 2. Al ajustar los valores de R1 y R2, puede modificar la ganancia de su circuito de amplificador operacional no inversor al valor que desee. .
La simplicidad de la estructura de este circuito lo convierte en una de las configuraciones preferidas cuando se trata de amplificar señales eléctricas, ya que proporciona un alto grado de precisión y confiabilidad en términos de variaciones del nivel de voltaje de salida. Además, debido a su bajo costo en comparación con otros tipos de amplificadores operacionales, se usa ampliamente en muchas aplicaciones cotidianas, como sistemas de audio e instrumentos científicos. [2]
¿Cuál>
La ganancia de este amplificador se puede controlar cambiando los valores de la resistencia en el circuito de retroalimentación. Por otro lado, un amplificador operacional no inversor es un circuito donde la polaridad de la señal de salida permanece sin cambios en comparación con la señal de entrada. La ganancia de este amplificador también se puede ajustar cambiando los valores de la resistencia en su circuito de retroalimentación, pero con restricciones diferentes a las de un amplificador inversor. Además, también se puede aplicar un voltaje de compensación para controlar ambos tipos de amplificadores sin afectar significativamente sus ganancias.
En general, dependiendo de su aplicación, debe decidir si necesita un amplificador inversor o no inversor, ya que ambos tienen diferentes ventajas y desventajas. Una diferencia importante entre los dos es que un amplificador inversor tiene una ganancia negativa, mientras que un amplificador no inversor tiene una ganancia positiva. Esto significa que con un amplificador inversor, la señal de salida se invertirá con respecto a la señal de entrada y con un amplificador no inversor, la señal de salida permanecerá sin cambios con respecto a la señal de entrada. Otras diferencias incluyen la disipación de energía, las limitaciones de ancho de banda, la estabilidad y la inmunidad al ruido. [3]
Ganancia de voltaje del amplificador operacional no inversor
Un amplificador operacional no inversor tiene una ganancia de voltaje de 1+(R2/R1). Esto significa que por cada aumento de un voltio en la entrada, hay un cambio igual y opuesto en el voltaje de salida. En la mayoría de los casos, esto es ideal para amplificar la señal sin introducir ninguna distorsión.
La ganancia de voltaje se puede aumentar aumentando R2 o disminuyendo R1 para producir un mayor diferencial entre las dos resistencias. Por ejemplo, si R1 = 10k ohms y R2 = 20k ohms entonces la ganancia de voltaje seria 3 (20/10+1). Esto significa que por cada aumento de tres voltios en la entrada, habrá nueve voltios de salida. Es importante recordar que esto solo se aplica cuando se usa un amplificador operacional no inversor.
La ganancia de voltaje también se puede disminuir disminuyendo R2 o aumentando R1, sin embargo, esto puede provocar una distorsión en la señal debido a la mayor impedancia del circuito. Es importante considerar la ganancia de voltaje deseada y hacer los ajustes correspondientes antes de conectar un amplificador operacional no inversor.
En resumen, un amplificador operacional no inversor tiene una ganancia de voltaje de 1+(R2/R1) que se puede ajustar cambiando las dos resistencias conectadas en serie entre sí. Si bien esta es una forma ideal de amplificar señales sin introducir ninguna distorsión, es importante tener en cuenta que las ganancias excesivamente altas pueden generar resultados no deseados. Ajustar los valores de la resistencia en consecuencia asegurará que se logre la ganancia de voltaje deseada. [4]
Impedancia de entrada
Un amplificador operacional no inversor tiene una impedancia de entrada extremadamente alta, lo que dificulta que cualquier corriente ingrese al dispositivo. La impedancia de salida del amplificador operacional también es muy baja, lo que lo convierte en un útil amortiguador entre circuitos que tienen diferentes impedancias o voltajes. Un amplificador operacional no inversor se utiliza en muchas aplicaciones, como amplificadores, filtros e integradores.
La impedancia de entrada del amplificador operacional no inversor permite que no se vea afectado por cambios en las condiciones de carga externas o por otros componentes del circuito. Esta característica ayuda a proporcionar una amplia gama de respuestas de frecuencia y configuraciones de ganancia mientras minimiza el ruido y la distorsión. Además, debido a su mayor resistencia de entrada, los amplificadores operacionales no inversores son menos susceptibles al ruido eléctrico. Esto los hace ideales para su uso en aplicaciones de bajo ruido.
En general, la alta impedancia de entrada de un amplificador operacional no inversor es ventajosa porque proporciona una mejor transferencia de señal de un circuito a otro y evita cualquier posible distorsión o interferencia. También ayuda a mejorar el rendimiento general al producir resultados más precisos con mayor fidelidad. Como resultado, los amplificadores operacionales no inversores se usan ampliamente en muchos tipos diferentes de circuitos y sistemas.
Impedancia de salida
La impedancia de salida del amplificador operacional no inversor es muy baja, lo que es ideal para conducir cargas pesadas. Esto permite que el amplificador operacional no inversor se use en muchas aplicaciones que requieren un alto consumo de corriente. Al mismo tiempo, ayuda a reducir las pérdidas de energía debido a la caída de voltaje en una carga.
La impedancia de salida también se puede ajustar fácilmente cambiando ciertos componentes externos, como resistencias o condensadores conectados al circuito. Debido a esta versatilidad y facilidad de ajuste, a menudo se usa en aplicaciones que requieren un control preciso de las señales y máxima eficiencia con un consumo mínimo de energía.
Además, debido a su baja impedancia de salida, generalmente hay muy pocas distorsiones de señal causadas por el amplificador operacional no inversor, independientemente de las condiciones de carga. Esto hace que el amplificador operacional no inversor sea ideal para aplicaciones que requieren señales limpias y precisas.
En general, la baja impedancia de salida del amplificador operacional no inversor es una de sus principales ventajas en comparación con otros tipos de amplificadores y amplía enormemente la gama de aplicaciones en las que se puede utilizar este amplificador. También garantiza una alta eficiencia y pérdidas mínimas de energía en muchas aplicaciones.
Forma de onda de amplificador operacional no inversor
Es un tipo de dispositivo amplificador de retroalimentación en el que el voltaje de salida es proporcional a la diferencia entre las señales de entrada y retroalimentación. La ganancia de este circuito se puede controlar variando la relación de dos resistencias, R1 y R2.
La forma de onda del amplificador operacional no inversor tiene dos componentes principales: un voltaje de entrada (Vi) y un voltaje de realimentación (Vf). Cuando Vi es mayor que Vf, la tensión de salida aumentará proporcionalmente según la fórmula: Vo = A(Vi – Vf), donde A es la ganancia del amplificador determinada por los valores de la resistencia.
La forma de onda del amplificador operacional no inversor se puede utilizar para una variedad de aplicaciones, que incluyen ganancia de voltaje, amplificación de corriente, filtrado, procesamiento de señales y más. Este tipo de amplificador es ideal para aplicaciones de baja potencia debido a su alta ganancia y bajo consumo de energía.
Además de ser versátil y eficiente, la forma de onda del amplificador operacional no inversor también es relativamente fácil de construir. El circuito consta de solo dos transistores (o tres si se incluye un búfer de salida), lo que lo hace lo suficientemente simple como para caber en paquetes pequeños y usar en dispositivos portátiles.
En general, la forma de onda del amplificador operacional no inversor ofrece una gran flexibilidad y eficiencia para aplicaciones de baja potencia. Su versatilidad lo hace adecuado para una amplia gama de usos, desde amplificación y procesamiento de señales hasta ganancia de voltaje y corriente. Como tal, la forma de onda del amplificador operacional no inversor continúa siendo una opción popular para muchos circuitos eléctricos. [5]
Problemas resueltos del amplificador operacional no inversor
Los circuitos de amplificadores operacionales no inversores se utilizan en muchas aplicaciones, como acondicionamiento de señales, filtrado y control de ganancia. Para garantizar el funcionamiento adecuado de estos circuitos, es necesario resolver los parámetros del circuito. Esto se puede hacer derivando ecuaciones para la ganancia y la resistencia de entrada del amplificador.
Una vez que se han derivado estas ecuaciones, se pueden usar varios problemas resueltos para demostrar cómo usarlas. Estos incluyen determinar la impedancia de entrada en cada nodo de un circuito amplificador no inversor, calcular la ganancia de voltaje y la ganancia de corriente en función de los valores de resistencia dados, encontrar la corriente de salida cuando se le da un voltaje de entrada y calcular la frecuencia de corte de un filtro usando un amplificador operacional no inversor.
Estos ejemplos ilustran la importancia de comprender los circuitos de amplificadores operacionales no inversores y sus ecuaciones para obtener el mejor rendimiento de ellos. Además, al resolver problemas relacionados con estos circuitos, es posible familiarizarse más con su comportamiento y obtener una mejor comprensión de cómo funcionan.
En conclusión, los amplificadores operacionales no inversores son dispositivos amplificadores versátiles y eficientes que se pueden utilizar para una variedad de aplicaciones. Al derivar las ecuaciones apropiadas y resolver los problemas relacionados con ellas, los diseñadores pueden tener una mejor idea de cómo usar este tipo de amplificador en varias aplicaciones. Si lo hace, se asegurará de que el circuito funcione de manera óptima y proporcione los resultados deseados.
Amplificador operacional no inversor con dos fuentes de voltaje
Utiliza un amplificador operacional (op-amp) para sumar o restar los dos voltajes de entrada para lograr el voltaje de salida deseado. El circuito consta de resistencias, condensadores y un amplificador operacional conectado en una configuración específica.
El voltaje de salida está determinado por la relación de las entradas de la resistencia, que variará según la ganancia establecida para el amplificador operacional. Este tipo de configuración se usa a menudo para aplicaciones de audio, ya que permite la amplificación o atenuación de las señales de sonido. Además, este tipo de amplificador operacional se puede usar para proporcionar cambios de nivel ajustables entre circuitos con diferentes voltajes de funcionamiento de CC.
El amplificador operacional no inversor con dos circuitos de fuente de voltaje también se usa para proporcionar ganancias superiores a uno, así como para aislar dos circuitos entre sí. Se puede usar en amplificadores de instrumentación y filtros activos, ya que proporciona una alta impedancia de entrada mientras mantiene una baja impedancia de salida. Este tipo de configuración también se usa comúnmente en computadoras analógicas y aplicaciones de acondicionamiento de señales.
En general, el amplificador operacional no inversor con dos fuentes de voltaje brinda flexibilidad y precisión cuando se trata de combinar varias señales. Con su amplia gama de aplicaciones, es una herramienta invaluable para los ingenieros que necesitan manipular o amplificar una señal de manera rápida y eficiente. También permite un ajuste rápido de la configuración de ganancia, lo que permite una mayor personalización del audio u otras señales. Esta configuración versátil es una herramienta importante en muchas aplicaciones electrónicas.
ventajas
Un amplificador operacional no inversor tiene una serie de ventajas sobre una configuración de amplificador operacional inversor. Una ventaja es que la ganancia del circuito se puede controlar simplemente cambiando los valores de dos resistencias, mientras que en una configuración de amplificador inversor se requerirían varios componentes para hacer esto. Esto hace que la configuración no inversora sea más sencilla y económica de construir.
Además, el voltaje de salida de un amplificador no inversor no se invierte en comparación con su entrada, a diferencia de un amplificador inversor, donde está desfasado 180° con respecto a su entrada. Esto puede simplificar la conexión a otras partes de un sistema que requieren entradas de señal, ya que no tendrán que configurarse para señales inversas.
Por> Esto lo hace ideal para circuitos que requieren un alto nivel de amplificación.
En conclusión, los amplificadores operacionales no inversores brindan varias ventajas sobre sus contrapartes inversores: son más simples y económicos de construir, producen una salida que no se invierte de la señal de entrada y tienen una ganancia general mucho más alta que los amplificadores inversores. Todas estas características hacen que los amplificadores operacionales no inversores sean una opción muy deseable para muchas aplicaciones. [6]
Desventajas
Los amplificadores no inversores tienen algunas desventajas inherentes. En particular, la ganancia de estos circuitos puede verse limitada por el ancho de banda, la velocidad de respuesta y el ruido.
Además, debido a la presencia de retroalimentación en configuraciones no inversoras, el tiempo de establecimiento (el tiempo que tarda una señal en estabilizarse después de un cambio en la entrada) también puede aumentar.
Finalmente, la ganancia de voltaje puede variar significativamente con los cambios de temperatura o voltaje de suministro, lo que hace necesario emplear componentes adicionales como compensadores de temperatura o reguladores. A pesar de estos inconvenientes, los circuitos amplificadores no inversores se utilizan a menudo porque proporcionan una forma sencilla y eficiente de aumentar la amplitud de una señal de entrada sin introducir distorsión.
¿Dónde se utilizan los amplificadores operacionales no inversores?
Los amplificadores operacionales no inversores se usan comúnmente en filtros activos, amplificadores de señal e integradores. La configuración sin inversión permite una mayor ganancia que la configuración con amplificador operacional inversor, así como niveles de distorsión más bajos. Se pueden usar para aumentar las señales débiles para generar salidas más fuertes, como un preamplificador de micrófono o un amplificador de antena. También se pueden utilizar para aplicaciones de procesamiento de audio, como control de tono y volumen.
Además, pueden emplearse en controladores de velocidad de motores, controladores de temperatura y convertidores de analógico a digital. Todas estas aplicaciones requieren una amplificación de voltaje precisa y confiable con ganancias variables. Los amplificadores operacionales no inversores proporcionan una solución ideal debido a su versatilidad y precisión.
Las configuraciones de amplificador operacional no inversor más comunes son el amplificador diferencial, el amplificador sumador y el seguidor de voltaje. En cada uno de estos casos, la terminal de entrada no inversora está más alta que la terminal de entrada inversora, por lo que la señal de salida se invierte con respecto a su entrada. Esto los hace ideales para varias aplicaciones donde se requiere una salida amplificada precisa. [7]
Amplificador no inversor de suministro único
El voltaje de salida está en fase con el voltaje de entrada, lo que significa que la polaridad de ambas señales es la misma. Este tipo de amplificador puede funcionar con una sola fuente de alimentación y, por lo tanto, no requiere dos fuentes de alimentación separadas para funcionar correctamente. Tiene un componente activo, generalmente un amplificador operacional (op-amp), que realiza una amplificación lineal de la señal de entrada o un procesamiento no lineal, como compresión, limitación, distorsión y otros efectos.
Este tipo de amplificador ofrece ventajas significativas sobre los amplificadores convencionales, ya que requiere menos componentes externos para su funcionamiento y, por lo general, proporciona una buena precisión y estabilidad. El amplificador operacional no inversor de suministro único también es útil para aplicaciones como almacenamiento en búfer de voltaje, filtros activos y reducción de ruido. Se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones de audio, como amplificadores de guitarra, equipos de grabación de estudio y sistemas de alta fidelidad.
Preguntas más frecuentes
¿Qué hace un amplificador operacional no inversor?
Los amplificadores operacionales no inversores se usan comúnmente para aumentar la ganancia de la señal, mejorar la linealidad de la señal y proporcionar un búfer entre los dispositivos para igualar la impedancia. Además, se pueden utilizar para construir diferentes tipos de circuitos analógicos, como filtros activos e integradores.
¿Cómo funciona un amplificador operacional no inversor?
Un amplificador operacional no inversor funciona convirtiendo un voltaje de entrada en una de sus dos entradas en un voltaje de salida a través de sus terminales de salida. La cantidad de amplificación está determinada por la relación de las resistencias R1 y R2 conectadas a las entradas inversora y no inversora, respectivamente. El voltaje de salida es igual a (1 + R2/R1) × Vin, donde Vin es el voltaje de entrada. ¿Cuáles son los beneficios de usar un amplificador operacional no inversor? El uso de un amplificador operacional no inversor proporciona varios beneficios sobre otras configuraciones de circuitos. Los amplificadores no inversores ofrecen una mayor ganancia que los amplificadores inversores, una mejor inmunidad al ruido en comparación con los circuitos amplificadores de un solo transistor, una mayor linealidad debido a la estabilización de la retroalimentación y pueden usarse como un búfer de adaptación de impedancia entre dispositivos. Además, la configuración de un amplificador operacional no inversor facilita el diseño de circuitos analógicos complejos, como filtros activos e integradores.
¿Hay algún inconveniente en el uso de un amplificador operacional no inversor?
El principal inconveniente de usar un amplificador operacional no inversor es que, por lo general, requiere ajustes precisos de ganancia y compensación para funcionar correctamente. Esto significa que las resistencias R1 y R2 deben elegirse y ajustarse cuidadosamente para lograr la ganancia y el voltaje de compensación deseados. Además, dado que la señal de entrada se amplifica sin invertirse, cualquier compensación de CC en la entrada se retendrá en la señal de salida, lo que puede causar problemas con algunas aplicaciones. Finalmente, los amplificadores operacionales no inversores no son tan eficientes desde el punto de vista energético como otros tipos de amplificadores, como las configuraciones de seguidor de emisor complementario.
Video útil: amplificador operacional: amplificador operacional no inversor y amplificador operacional como búfer (amplificador operacional como seguidor de voltaje)
Conclusión
En conclusión, los amplificadores operacionales no inversores son componentes increíblemente útiles y versátiles que se pueden usar para crear una variedad de circuitos diferentes. Tienen la capacidad de amplificar las señales de voltaje, filtrar el ruido no deseado y producir salidas de nivel lógico. Los amplificadores operacionales no inversores también son relativamente simples de entender y usar en comparación con otros tipos de amplificadores y ofrecen ventajas significativas en lo que respecta a la rentabilidad y el rendimiento general. Por estas razones, los amplificadores operacionales no inversores siguen siendo una opción popular para muchas aplicaciones electrónicas en la actualidad. Además, debido a su amplia gama de usos, es probable que los amplificadores operacionales no inversores continúen desempeñando un papel importante en los diseños de circuitos futuros. Con esto en mente, comprender cómo funcionan los amplificadores operacionales no inversores y cómo se pueden usar para crear circuitos de alta calidad es esencial para cualquier aspirante a ingeniero electrónico.
Referencias
- https://www.analog.com/en/design-center/glossary/non-inverting-op-amp.html
- https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_3.html
- https://www.elprocus.com/amplificador-operacional-no-inversor/
- https://www.electronicshub.org/non-inverting-operational-amplifiers/
- https://www.electronics-notes.com/articles/analogue_circuits/operational-amplifier-op-amp/non-inverting-amplifier.php
- https://www.electrical4u.com/amplificador-no-inversor/
