Fundamentos de Amplificadores Operacionales y Sensores: Conceptos y Aplicaciones

Conceptos Fundamentales de Amplificadores Operacionales (AO)

Un amplificador operacional (AOP) es un circuito electrónico que dispone de dos entradas y una salida. La señal de salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor denominado ganancia (G).

Comparativa: AO Real vs. AO Ideal

• AO Ideal: Impedancia de entrada (Zi) infinita, impedancia de salida (Zo) de 0, ancho de banda (BW) infinito y ganancia de tensión infinita.
• AO Real: Zi de 10kΩ, Zo menor a 200Ω, BW de 1MHz y ganancia de tensión definida.

Datos Técnicos de Referencia

• LM741: Resistencia de salida de 75Ω, frecuencia de ganancia de 1MHz, corriente de offset de entrada de 20nA y ganancia de tensión en bucle abierto de 100.000.
• LM386: Frecuencia de 1kHz, potencia de salida (Po) de 125mW y ganancia (Av) de 20.

Parámetros Críticos en Amplificadores

• Slew Rate: Efecto no lineal que representa la incapacidad de un amplificador para seguir variaciones rápidas de la señal de entrada.
• Offset de Entrada: Tensión de entrada que produce la misma tensión de error de salida en un amplificador diferencial.

Configuraciones Comunes de AO

• AO Inversor: Circuito básico que utiliza realimentación negativa para estabilizar la ganancia de tensión en lazo cerrado.
• AO No Inversor: Utiliza realimentación negativa para estabilizar la ganancia, aumentando la impedancia de entrada y disminuyendo la de salida. La señal de entrada está en fase con la de salida.
• AO Seguidor: Útil para aumentar la impedancia de entrada mientras se genera una señal de salida casi idéntica a la de entrada; ideal para acoplar equipos de distinta impedancia.
• AO Sumador: Permite combinar dos o más señales analógicas en una misma salida; se aplica comúnmente en mezcladores de audio.

Sensores y Filtrado de Señales

Sensor CNY70

Es un sensor muy popular que integra un emisor y un receptor de infrarrojos en una misma cápsula.

Filtros y Acoplamiento

• Condensadores de Acoplo y Desacoplo: Al aumentar la frecuencia, disminuye la impedancia y aumenta la ganancia.
• Paso Bajo: Las bajas frecuencias pasan, mientras que las altas frecuencias son atenuadas. En la frecuencia de corte (fc), el voltaje de salida es el 70% del de entrada (7.07V).
• Paso Alto: Las señales con frecuencias inferiores a la fc son atenuadas. A baja frecuencia, la reactancia capacitiva (Xc) es alta (Vsal=0); a alta frecuencia, la Xc es muy baja (Vsal=Ventrada).
• Pasa Banda: A baja frecuencia se comporta como una resistencia y a alta frecuencia como un conductor.