6.2. El amplificador operacional

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El amplificador operacional (AO) es un circuito amplificador de ganancia muy elevada, que está basado en una serie de etapas con transistores integradas en un mismo encapsulado.

Su nombre se deriva de la época en la que se usaban como circuitos de cálculo analógico, anterior al desarrollo de las técnicas digitales. El AO podía operar con valores de tensión analógicos para dar lugar a operaciones de cálculo.


En la actualidad tienen dos grandes campos de aplicación:
  • Circuitos para el procesamiento de señales analógicas: amplificación, filtrado, comparadores, etc.
  • Circuitos osciladores y temporizadores.

El AO más común es conocido como 741. Su símbolo viene indicado en la imagen:

Amplificador operacional

Imagen 37: Símbolo de un amplificador operacional.
Fuente: Elaboración propia.

En un AO se distinguen las siguientes conexiones:

  • V+: es la entrada no inversora.
  • V-: es la entrada inversora.
  • Vout: aquí obtenemos la tensión de salida.
  • Vs+: es la alimentación positiva.
  • Vs-: es la alimentación negativa.

Estos dispositivos necesitan para su funcionamiento ser alimentados con dos tensiones, por lo que hacen necesario que la fuente de alimentación sea simétrica.

La identificación de las patillas según los encapsulados es la siguiente:

741 Encapsulado MINI-DIP
AO 741 Encapsulado Metálico

Imagen 38: AO 741 encapsulado MINI-DIP.
Fuente: Elaboración propia.

Imagen 39: AO 741 encapsulado metálico.
Fuente: Elaboración propia.

Existen otros tipos de encapsulados, pero su estudio queda fuera de los objetivos pretendidos con este tema.

Antes de continuar con el funcionamiento del AO vamos a mostrar los componentes internos que lo forman y la complejidad del mismo, quedando patente por qué se le denomina circuito integrado.

Diagrama electrónico del AO 741

Imagen 40: Diagrama electrónico del AO 741.
Fuente: Wikipedia. Licencia Creative Commons

El AO puede presentar dos modos de operación: el modo lineal y el modo no-lineal. Para obtener el primero es necesario que la configuración del circuito donde conectamos el AO tenga un tipo de realimentación negativa y para obtener el segundo, podemos dejar el AO sin realimentación o la realimentación debe ser positiva.

La realimentación negativa de un AO tiene unas consecuencias que deben ser tenidas en cuenta, entre ellas la más importante es que la ganancia del AO solo va a depender de las características de los elementos conectados al AO y por lo tanto la tensión de salida no será el producto de la ganancia del AO por la diferencia de tensiones entra la entrada no inversora y la entrada inversora. Esto implicará por lo tanto que la realimentación negativa hará que V+=V- .

Existen muchas etapas que se pueden montar con un AO, por ejemplo: comparador diferencial, amplificador, sumador, restador, etc; pero aquí solo comentaremos la etapa amplificadora.

  • Amplificador no inversor: puesto que la realimentación será negativa, esto supone que V+=V-

AO en etapa no inversora

Imagen 41: AO 741 en etapa No Inversora.
Fuente: Elaboración propia.

Desarrollando algunas ecuaciones tendremos:

;

Sustituyendo e igualando obtendremos:


Siendo V0 la tensión de salida y Vi la tensión de entrada. Si representáramos en una gráfica ambas señales tendríamos:

Onda amplificada en etapa no inversora

Imagen 42: Onda amplificada en etapa no inversora.
Fuente: Elaboración propia.
  • Amplificador inversor: al igual que en el caso anterior, al ser la realimentación negativa esto supone que V+=V-

AO 741 en etapa inversora

Imagen 43: AO 741 en etapa inversora.
Fuente: Elaboración propia.

Si desarrollamos las ecuaciones del circuito tendremos:


Y si igualamos y sustituimos tendremos:

Por último, la representación gráfica de las señales será:

Onda amplificada en etapa inversora

Imagen 44: Onda amplificada en etapa inversora.
Fuente: Elaboración propia.

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