Op Amp es un componente electrónico de alta ganancia que se utiliza principalmente para amplificar señales de voltaje. Es un amplificador diferencial y la salida depende de la diferencia de voltaje entre las dos entradas (positiva+ y negativa −). El amplificador operacional tiene las características de alta ganancia. En circunstancias ideales, la ganancia en bucle abierto es muy alta (teóricamente cercana al infinito). Cuando la impedancia de entrada es alta, casi absorbe la corriente de entrada y evita interferencias con el circuito frontal. Cuando la impedancia de salida es baja, puede controlar directamente el circuito posterior a la etapa y puede implementar una entrada doble y una salida única. Salida = ganancia × (entrada positiva - entrada negativa).
Aplicaciones y tipos comunes de amplificadores operacionales
Las aplicaciones comunes de los amplificadores operacionales incluyen amplificadores de voltaje, filtros (paso bajo, paso alto, paso de banda), comparadores de señales (relacionados con comparadores), integradores y diferenciales, buffers (seguidor de voltaje), cálculos analógicos (suma, resta, integración, etc.). Los circuitos comunes incluyen amplificadores inversores, con entrada conectada en el extremo inversor y función de amplificación inversa, y amplificadores en fase, con entrada conectada en el extremo positivo y salida y entrada en la misma fase. En el circuito seguidor de voltaje, entrada = salida de fase positiva, lo que proporciona conversión de impedancia sin amplificación de voltaje.
Ejemplos de circuitos amplificadores en fase
Ejemplos de circuitos amplificadores en fase
El circuito amplificador en fase de la figura anterior se toma como ejemplo. La ganancia en bucle cerrado está determinada por la resistencia de retroalimentación Rf y el divisor de tensión Rg. La señal de entrada y la señal de salida del amplificador en fase están en la misma fase.
Ejemplos de circuitos amplificadores invertidos
Ejemplos de circuitos amplificadores invertidos
Tome el circuito amplificador inversor en la figura anterior como ejemplo. Suponiendo que este circuito amplificador utiliza un amplificador ideal, la ganancia de bucle cerrado está determinada por la resistencia de retroalimentación Rf y la resistencia de entrada Rin. La diferencia de fase entre la señal de entrada y la señal de salida del amplificador inversor es de 180 grados.
Diseño de fuente de alimentación regulada lineal ajustable con amplificador operacional.
El objetivo de la fuente de alimentación regulada lineal ajustable es proporcionar un voltaje de salida estable y ajustable, y la salida permanece estable incluso si el voltaje de entrada o la carga cambian. La estructura básica de la fuente de alimentación regulada lineal ajustable incluye una fuente de voltaje de referencia (como TL431, diodo Zener o IC de referencia de precisión), un amplificador de error (amplificador operacional), un componente regulador (generalmente BJT de potencia o MOSFET), una red divisoria de voltaje de resistencia de retroalimentación (configuración del voltaje de salida).
Ejemplo de un circuito de alimentación regulado lineal ajustable.
Ejemplo de un circuito de alimentación regulado lineal ajustable.
Tomando como ejemplo el circuito de fuente de alimentación lineal ajustable en la figura anterior, el núcleo de este circuito está compuesto por LM358, diodo regulador, triodo y circuito de retroalimentación negativa, R9 y D9 constituyen un circuito estabilizador de voltaje. El voltaje de ruptura de D9 es de 2,5 V. Debido a la alta impedancia de entrada del amplificador operacional, no necesita un diodo estabilizador de voltaje para proporcionar mucha corriente. En este momento, el IN1+ del amplificador operacional es de 2,5 V. El amplificador operacional, el triodo, R12 y RP3 forman un circuito de retroalimentación negativa. El rango de voltaje calculado debe estar entre 2,5 V y 15 V. Dado que el voltaje de alimentación real del amplificador operacional es ± 12 V, se sabe a partir de la tabla de datos que la oscilación de salida del amplificador operacional en relación con el riel de alimentación es de 1,35 V a 1,61 V. El voltaje Vce máximo del D882 es 0,5 V. El rango de salida máximo calculado de Vout debe estar entre 9,89 V y 10,15 V. Por lo tanto, el rango de voltaje de salida real debe estar entre 2,5 V y 10,15 V.
Se debe prestar atención a la estabilidad del voltaje de referencia al diseñar el circuito de suministro de energía regulado lineal ajustable. Se utilizará una fuente de referencia de baja deriva de temperatura y alta estabilidad (como TL431 o LM4040). Al seleccionar el tipo de amplificador operacional, el rango de tensión de salida cubrirá el extremo de salida (carril a carril), con baja tensión de compensación y características de baja deriva. Al seleccionar el tipo de componentes de potencia, se debe seleccionar el BJT o MOSFET adecuado de acuerdo con la corriente de salida para garantizar su disipación de calor y su rango de trabajo seguro. También se prestará atención a la protección térmica y la estabilidad. Para corrientes elevadas, se utilizará el disipador de calor y se considerará la compensación RC para evitar oscilaciones. Para el ajuste de la impedancia de retroalimentación, se deben evitar valores de resistencia R1 y R2 demasiado altos (se recomienda dentro de un rango de varios k Ω) para mejorar la estabilidad y la capacidad antiruido. y el voltaje de entrada debe ser mayor que el voltaje de salida máximo + VCE (caída de voltaje saturado) o Vds (MOSFET). Se puede agregar resistencia de muestreo de corriente y comparador secundario para realizar la función de protección contra sobrecorriente.
Este diseño tiene las características de ajuste fino del voltaje de salida, alta generación de calor del transistor de potencia, baja eficiencia (características lineales), bajo ruido y respuesta rápida, solo aplicable a la situación donde el voltaje de entrada es mayor que el voltaje de salida, se requiere estructura simple, fácil integración y mecanismo de protección y buena disipación de calor para aplicaciones de alta potencia.