Qué es un Op Amp inversor : Funcionamiento y sus aplicaciones

La configuración de un op-amp o amplificador operacional puede hacerse de dos maneras, como op-amp inversor y op-amp no inversor. En cualquiera de estas configuraciones, la salida se devuelve a su entrada, lo que se denomina realimentación. Esta realimentación se utiliza en diferentes circuitos funcionales como osciladores, filtros, amplificadores, diferentes tipos de reguladores de tensión, rectificadores, etc. Sabemos que los amplificadores operacionales incluyen dos terminales de entrada como el positivo y el negativo, pero la conexión de la realimentación puede ser tanto al terminal positivo como al negativo.

Si la salida se conecta al terminal positivo del amplificador operacional, la realimentación se denomina positiva. Del mismo modo, si se conecta a un terminal negativo, entonces se denomina negativa. La conexión de la salida a la entrada puede hacerse a través de una resistencia externa o de una resistencia de realimentación. Así que la conexión de realimentación se utiliza para controlar la ganancia con precisión en función de la aplicación.

Índice de Contenido
  1. ¿Qué es un Op-Amp inversor?
    1. Configuración del amplificador operacional inversor
    2. Funcionamiento del Op-Amp inversor
    3. Problemas resueltos de Op-Amp inversor
    4. Ventajas
    5. Desventajas
    6. Aplicaciones del Op-Amp inversor

¿Qué es un Op-Amp inversor?

El op-amp o amplificador operacional inversor es una configuración de circuito op-amp esencial que utiliza una conexión de retroalimentación negativa. Como su nombre indica, el amplificador invierte la señal de entrada y la modifica.

Un op-amp inversor es un tipo de circuito amplificador operacional que se utiliza para generar una salida desfasada respecto a su entrada en 180 grados, lo que significa que si la señal de entrada es positiva (+), la señal de salida será opuesta. El op-amp inversor se diseña mediante un op-amp con dos resistencias.

Configuración del amplificador operacional inversor

A continuación se muestra el diagrama del circuito de un amplificador operacional inversor. En este circuito, el terminal negativo se conecta a través de la realimentación para crear un funcionamiento en bucle cerrado. Al trabajar con op-amps, debemos recordar dos reglas esenciales como que no hay flujo de corriente en el terminal de entrada y la otra es que V1 es siempre igual a V2.

Circuito de amplificador óptico inversor

Esto se debe a que el terminal de entrada positivo está en OV, ya que está conectado a tierra. En la configuración anterior, el amplificador operacional se conecta utilizando la realimentación para crear un funcionamiento en bucle cerrado. Cuando se trata de amplificadores operacionales, hay dos reglas muy importantes que hay que recordar sobre los amplificadores inversores, que son "No fluye corriente en el terminal de entrada" y que "V1 siempre es igual a V2".

Sin embargo, en los circuitos prácticos de los amplificadores operacionales, las dos reglas mencionadas se rompen en cierta medida porque la unión de entrada y la señal de realimentación "X" están a igual potencial. Cuando la entrada positiva está a cero voltios, la unión se denomina "tierra virtual". Por tanto, debido a esta tierra virtual, la resistencia de entrada del amplificador óptico es equivalente al valor de la resistencia de entrada (Rin).

Aquí, la ganancia en bucle cerrado del amplificador óptico inversor puede fijarse mediante la relación de las dos resistencias exteriores.
Una vez que aplicamos la señal de entrada a través de la resistencia "Ri" al terminal inversor del amplificador óptico, el terminal no inversor se conecta a tierra. Además, se proporciona una realimentación para estabilizar el circuito. Ahora, la salida se puede controlar a través de una resistencia de realimentación 'Rf'.

Funcionamiento del Op-Amp inversor

La ganancia de tensión proporcionada por el circuito anterior viene dada por

Av = Vo/Vi

Donde,

Vi-V1 = IiRi

V1-V0 = IfRf

Pero sabemos que un amplificador operacional perfecto incluye una impedancia de entrada ilimitada porque no hay flujo de corriente en sus terminales de entrada. I1 = I2 = 0. Por tanto, Ii es equivalente a If. Por tanto,

Vi-V1 = IfRi

V1-V0 = IfRf

Ya sabemos que en un amplificador operacional perfecto, la tensión en dos entradas del op-amp es siempre equivalente.

Como el terminal no inversor está conectado a tierra, la tensión que aparece en el terminal no inversor es V1 = V2= 0. Por tanto, la ecuación será

Vi-0 = SiRi

0-Vo = IfRf

A partir de las ecuaciones anteriores, podemos obtener

-Vo/ Vi = IfRf/ IfRi

Vo/ Vi = - (IfRf/ IfRi)

Vo/ Vi = - (Rf/Ri)

Esta ecuación se puede modificar para obtener Vout es

Vout/ Vi = - (Rf/Ri)

Vout = - (Rf/Ri) x Vin

La ganancia de tensión del op-amp inversor es

Ganancia del amplificador óptico inversor (Av) = - (Rf/Ri)

Esto especifica que la ganancia de tensión del amplificador inversor se puede decidir mediante la fracción de "Rf" respecto a "Ri", incluyendo el signo negativo que indica la fase de inversión. Además, la impedancia de entrada del amplificador inversor es "Ri".

Al igual que los amplificadores de corriente continua, estos amplificadores ofrecen unas características lineales extraordinarias que los hacen ideales. Además, se utilizan con frecuencia para cambiar la corriente i/p a la tensión o/p en la forma de Transresistencia o, de lo contrario, de Amplificadores de Transimpedancia.

La ecuación de la tensión de salida (Vout) muestra que el circuito del op-amp es lineal para una ganancia fija de un amplificador como Vout = Vin x Ganancia. Por tanto, esta propiedad es muy útil para cambiar la señal de un sensor pequeño a una tensión mejor.

Características de la tensión

Las características de tensión del amplificador inversor se muestran en el siguiente gráfico. Se puede observar que una vez que la señal de entrada es positiva como Vin, la tensión de salida como Vout es negativa. Además, la tensión de salida cambiará linealmente una vez que se aplique la tensión de entrada.

Características de la tensión
Características de la tensión

Esta característica se saturará o, de lo contrario, la salida se volverá constante, una vez que la amplitud de la señal de entrada se adelante a las dos fuentes de alimentación aplicadas al op-amp.

+VCC = + VSAT & -VCC = -VSAT

Formas de onda del amplificador inversor

A continuación se muestran las formas de onda de entrada y salida de los op-amps inversores. Las siguientes formas de onda se pueden dibujar asumiendo la ganancia del amplificador y la onda sinusoidal como señal de entrada. De las siguientes formas de onda, queda muy claro que la salida tiene el doble de magnitud que la entrada, como Vout = Av * Vin y la fase es inversa a la entrada.

Formas de onda del amplificador inversor
Formas de onda del amplificador óptico inversor

Problemas resueltos de Op-Amp inversor

1). Para el siguiente circuito amplificador inversor, calcula la impedancia de entrada y la tensión de salida.

Circuito de ejemplo de amplificador inversor
Circuito de ejemplo de amplificador inversor

La impedancia de entrada se establece mediante la resistencia de entrada Ri, que es de 4kΩ. Por tanto, Zin=4kΩ.

Vout=Vin Av

Av = -Rf/Ri

Av=-20k/4k

Av=-5

Vout=100mV * (-5)

Vout = -500mV

2). Un amplificador inversor que incluye una ganancia = 8 y 10 k Ω de impedancia de entrada. La impedancia de entrada (Zi) nos indica cuál debe ser 'Ri'?

Zin = Ri

Ri=10k

Así que Rf =?

Sabemos que, Av =-Rf/Ri

Rf = 10 (-8)

Rf= 80k

3). Para el siguiente circuito amplificador inversor, calcula la ganancia en bucle cerrado.

Ejemplo de circuito de amplificador inversor
Ejemplo de circuito de amplificador óptico

La fórmula de ganancia del circuito anterior es

Ganancia (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin

Ahora tenemos que sustituir los valores dados anteriormente dentro del circuito son

Rin = 20kΩ y Rƒ = 80kΩ

La ganancia del circuito puede medirse como Av = -Rƒ/Rin = -80k/20k = -4

Por tanto, para el circuito amplificador inversor, la ganancia en bucle cerrado es -4.

¿Por qué los amplificadores operacionales invertidos son mejores que los no invertidos?

En un amplificador óptico inversor, la tensión de desplazamiento está incluida en la salida, por lo que es inferior a unos pocos mV, mientras que en un amplificador óptico no inversor, la tensión de desplazamiento puede modificarse mediante la ganancia no inversora y, de nuevo, esta tensión está incluida en la tensión de salida.

Los amplificadores inversores proporcionan una estabilidad adicional al sistema en comparación con los amplificadores no inversores. En los amplificadores inversores se utiliza la retroalimentación negativa, necesaria siempre para un sistema estable.

Ventajas

El ventajas de los amplificadores inversores incluyen las siguientes.

  • Estos no son caros
  • Su tamaño es pequeño
  • Versatilidad
  • Fiabilidad
  • Flexibilidad
  • Los dos terminales de entrada de este op-amp son siempre cero. Además, sólo existirá la señal de modo diferencial.
  • El dispositivo con amplificador inversor incluye una fuerte capacidad antiinterferente.
  • Utiliza retroalimentación negativa.
  • El factor de ganancia es extremadamente alto.
  • La salida de este amplificador óptico estará desfasada por la señal de entrada.

Desventajas

El desventajas de los amplificadores inversores incluyen las siguientes.

  • Tiene una pequeña impedancia de entrada (igual a r1)
  • Tiene una alta ganancia, pero la retroalimentación debe mantener una distorsión menor.
  • La señal de entrada no debe incluir el ruido porque el valor pequeño se multiplicará y se alcanzará en la salida.
  • La señal se invierte.

Aplicaciones del Op-Amp inversor

El aplicaciones de los amplificadores inversores incluyen las siguientes.

  • Un amplificador inversor puede utilizarse como un amplificador de trans-resistencia que también se denomina amplificador de trans-impedancia. Este amplificador funciona como un convertidor de corriente a tensión, utilizado en aplicaciones de menor potencia.
  • El amplificador inversor se utiliza en la etapa de salida cuando se diseña cualquier sistema con diferentes tipos de sensores.
  • Este amplificador óptico mantiene el mismo potencial de tensión en dos terminales, por lo que puede utilizarse en muchos campos.
  • Estos op-amps se utilizan en el concepto de mezcladores donde están presentes las señales de RF.
  • Se puede utilizar como desplazador de fase.
  • Estos tipos de op-amps se utilizan cuando es necesario equilibrar la señal.
  • Se utiliza prácticamente en aplicaciones de integración.
  • Los circuitos inversores basados en op-amps son más estables; la distorsión es bastante menor y proporcionan una respuesta transitoria superior.
  • Los op-amps se utilizan en todos los dispositivos electrónicos en los que se emplean circuitos integrados lineales
  • Se utilizan en el filtrado analógico y en el procesamiento de señales.
  • Se utilizan en diversos campos como las comunicaciones, el control de procesos, las pantallas, los ordenadores, los sistemas de medición, las fuentes de energía y las fuentes de señales.
  • Son aplicables en aplicaciones de op-amps lineales.

¿Por qué se utiliza el amplificador inversor?

El amplificador inversor se utiliza sobre todo en aplicaciones de alta frecuencia en las que no se utiliza una impedancia i/p elevada, porque la velocidad de giro del Op-Amp inversor es alta en comparación con la configuración de tipo no inversor.

¿Por qué se utiliza un amplificador de ganancia unitaria?

Un seguidor de tensión también se conoce como amplificador de ganancia unitaria, amplificador de aislamiento o tampón de tensión. La tensión de salida (Vo) de un circuito seguidor de tensión es equivalente a la tensión de entrada (Vin). Por tanto, la ganancia de este amplificador es 1 y no modifica la señal de entrada.

¿Cuál es la fórmula del amplificador inversor?

La fórmula del amplificador inversor (Av) = - (Rf/Ri)

¿Cómo se puede utilizar un op-amp como amplificador no inversor?

Un op-amp puede utilizarse como amplificador no inversor aplicando la entrada al terminal positivo del op-amp y conectando la señal de tensión de salida del op-amp como retroalimentación a la entrada del terminal inversor.

Así pues, todo esto es una visión general del op-amp inversor o amplificador operacional inversor. En general, los amplificadores operacionales se utilizan como componentes básicos en los circuitos electrónicos analógicos. Así, se utilizan en el filtrado, el acondicionamiento de la señal y para realizar diferentes operaciones aritméticas. Hay diferentes componentes electrónicos que se utilizan entre los dos terminales del amplificador operacional para amplificar el nivel de tensión de la señal aplicada. Aquí tienes una pregunta, ¿cuántos terminales hay en un amplificador operacional?

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