Qué es un Op-Amp no inversor: Funcionamiento y sus aplicaciones

Un op-amp o amplificador operacional es básicamente un amplificador diferencial multietapa de alta ganancia que incluye dos entradas y una salida. El típico op-amp está disponible en dos configuraciones, como op-amp inversor y op-amp no inversor. En un amplificador operacional, el terminal no inversor está marcado con un signo (+), mientras que el terminal inversor está marcado con un signo (-), que también se conoce como terminales positivo y negativo. Así pues, este artículo trata de una visión general de un op-amp no inversor y su funcionamiento con aplicaciones.


¿Qué es un Op-Amp no inversor?

Definición de op-amp no inversor es, cuando la salida de un amplificador operacional está en fase con una señal de entrada, entonces se conoce como un op-amp no inversor. En este amplificador, la señal de entrada se aplica al terminal +ve de un amplificador operacional. Un amplificador no inversor genera una señal de salida amplificada que está en fase con la señal de entrada aplicada.

¿Cómo funciona un amplificador operacional no inversor?

Un amplificador no inversor funciona como un circuito seguidor de tensión porque este circuito utiliza una conexión de realimentación negativa. Así que da una parte de la señal de salida como retroalimentación al terminal de entrada inversor en lugar de dar una señal de salida completa. El complemento de este op-amp es un op-amp inversor que genera la señal de salida desfasada 180 grados. Este circuito es ideal para aplicaciones de amortiguación de la impedancia debido a la alta impedancia de entrada y la baja impedancia de salida.

Diagrama de circuito de un op-amp no inversor

A continuación se muestra el diagrama del circuito del amplificador operacional no inversor. En esta configuración de circuito, la señal de tensión de salida se da al terminal inversor (-) del amplificador operacional como retroalimentación a través de una resistencia en la que otra resistencia se da a la tierra. Aquí, un divisor de tensión con dos tipos de resistencias proporcionará una pequeña fracción de la salida hacia la patilla inversora del circuito del amplificador operacional.

Circuito de Op-Amp no inversor

Estas dos resistencias proporcionarán la retroalimentación necesaria al amplificador operacional. En perfectas condiciones, la patilla de entrada del amplificador operacional proporcionará la máxima impedancia de entrada, mientras que la patilla de salida proporcionará una baja impedancia de salida.

Ganancia de tensión del amplificador operacional no inversor

La amplificación del amplificador óptico depende principalmente de dos resistencias de realimentación como R1 y R2 que se conectan en la configuración del divisor de tensión. Aquí, la resistencia R1 se denomina resistencia de realimentación (Rf). La salida del divisor de tensión que se da a la patilla inversora del amplificador operacional es equivalente a Vin porque los puntos de Vin y de unión del divisor de tensión están situados en un nodo de tierra similar. Por ello, la Vout depende de la red de retroalimentación.

Los amplificadores operacionales no inversores funcionan según dos reglas: la regla de la corriente y la regla de la tensión. La regla de la corriente establece que no hay flujo de corriente hacia las entradas de un op-amp, mientras que la regla de la tensión establece que el op-amp intenta que la disparidad de tensión entre las dos entradas del op-amp sea cero.

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A partir del circuito de amplificador óptico no inversor anterior, una vez aplicada la regla de la tensión a ese circuito, la tensión en la entrada inversora será la misma que la de la entrada no inversora. Por tanto, la tensión aplicada será Vin. Así que la ganancia de tensión puede calcularse como

El flujo de corriente a través de la resistencia R1 puede darse como «Vin/R1«.

Según la regla de la corriente, ambas entradas no consumen corriente, por lo que el flujo de corriente será a lo largo de R2.

Después, la tensión de salida (Vo) puede ser Vout = Vin + (Vin/R1)*R2.

La fórmula de la ganancia del amplificador óptico no inversor es Av = Vout/Vin = 1+ (R2/R1).

Aquí, el valor de la ganancia no debe ser < 1. Por lo tanto, el op-amp no inversor generará una señal amplificada que está en fase a través de la entrada.

En la ecuación anterior Av = Ganancia de tensión del op-amp

r2′ es una resistencia de retroalimentación

r1′ es una resistencia conectada a tierra.

Impedancia de entrada

En un circuito de amplificador operacional no inversor, la impedancia de entrada (Zin) puede calcularse mediante la siguiente fórmula.

Zin = ( 1+ Aα β)*Zi

En la ecuación anterior, «Aα» es una ganancia de tensión en bucle abierto

‘Zi’ es la impedancia de entrada del amplificador óptico sin utilizar la retroalimentación

β’ es un factor de realimentación

Así, el factor de realimentación de un amplificador no inversor puede calcularse como

β = R2/(R1+R2)

β = 1/ ACL

Así, para un circuito de amplificador operacional no inversor, la impedancia de entrada (Zin) puede calcularse como

Zin = ((1 + (Aα / ACL))*Z1

Impedancia de salida

En el amplificador operacional no inversor, la impedancia de salida puede medirse como

Zout = Zo/(1+ Aα β)

Conocemos el factor de retroalimentación β = 1/ACLpor lo que la impedancia de salida de un op-amp no inversor puede calcularse como

ZOUT = Zo /(1 + (Aα /ACL))

Forma de onda del amplificador óptico no inversor

A continuación se muestran las formas de onda de entrada y salida del amplificador óptico no inversor. La señal que debe cambiar se da al terminal +v del amplificador óptico, mientras que el terminal -v está conectado a GND con la ayuda de una resistencia R1. Las tensiones de entrada (Vin) y salida (Vout) están en fase entre sí, por lo que su diferencia de fase es de 0 grados o 360 grados.

Formas de onda de salida
Formas de onda de salida

El signo positivo indica que no hay desplazamiento de fase entre la entrada y la salida. La ganancia de tensión depende de dos resistencias R1 y Rf. Cambiando los valores de las dos resistencias se puede ajustar la ganancia requerida.

Problemas resueltos del Op-Amp no inversor

Para el siguiente circuito de amplificador no inversor, calcula lo siguiente.

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Problema de ejemplo de Op-Amp no inversor
Problema de ejemplo de Op-Amp no inversor
  • El flujo de corriente a través de la resistencia de carga
  • Ganancia del amplificador
  • Tensión de salida
  • La corriente o/p

Los valores son Vin = 2V, R1 = 6 Ohms, Fr = 10 Ohms, RL = 3K Ohms.

1). El flujo de corriente I1 = Vin/R1

= 2/6 = 0,33 mA

2). La ganancia del amplificador óptico no inversor puede calcularse como

Ganancia = 1 + (Rf/R1)

= 1+ (10/6) = 2.66

3). La tensión o/p (VO) = ACL * VIN = 2,66 * 2V = 5,32V

VO = 5,32V

4). El flujo de suministro de corriente a través de la resistencia de carga,

IL = VO / RL = 5,32/3 = 1,773 mA

5). La corriente o/p se puede calcular aplicando la KCL (Ley de la corriente de Kirchhoff) al circuito anterior, entonces

IO = I1 + IL

IO = 0,33mA + 1,773 mA => 1,28 mA = 2,103

2). En el amplificador no inversor, si los valores de R1 = 50 kilo ohmios, R2 = 1000 kilo ohmios y Vin = 2v, calcula la ganancia y la tensión de salida.

Ganancia (AV) = 1 + (R2 / R1)

1+ (1000/50) = 1 + 20 => 21

Si la tensión de entrada (Vin) es de 2v, la tensión de salida sería 2 X 21 = 42v

Op-Amp no inversor con dos fuentes de tensión

Un op-amp no inversor que incluye la configuración de dos fuentes de tensión se conoce como amplificador sumador o sumador. Se trata de una de las aplicaciones más esenciales de un op-amp. En el circuito del amplificador sumador se utilizan varias fuentes de tensión.

El circuito amplificador sumador no inversor utiliza la configuración de un circuito op-amp no inversor. En él, la entrada se da al terminal no inversor, mientras que la retroalimentación negativa y la ganancia necesarias se pueden conseguir dando una parte de la señal o/p como retroalimentación al terminal inversor.

La principal ventaja del circuito amplificador sumador no inversor es que no hay una condición de tierra efectiva a través de los terminales de entrada; su impedancia de entrada es mucho mayor que la de la configuración estándar del amplificador inversor. Por tanto, el flujo de corriente en el amplificador óptico no inversor con dos fuentes de tensión puede definirse como

Amplificador óptico no inversor con dos fuentes de tensión
Op-Amp no inversor con dos fuentes de tensión

Según KCL

IR1 + IR2 = 0

(V1-V+/R1) + (V2-V+/R2 = 0

La ecuación anterior puede escribirse como

(V1/R1-V+/R1) + (V2/R2-V+/R2) = 0

Si hacemos que las dos resistencias anteriores sean iguales, entonces R1=R2=R

V+ = (V1/R + V2/R)(1/R+1/R) => (V1+V2/R)/2/R

Por tanto, V+ = (V1 + V2/2)

La ecuación típica de ganancia de tensión para un circuito amplificador sumador no inversor puede darse como

Av = Vout/Vin = Vout/V+ = 1+RA/RB

Vout = (1+RA/RB)*V+

Por tanto, Vout = (1+RA/RB) V+V2/2

La ganancia de tensión en bucle cerrado del amplificador no inversor es AV viene dada por (1 + R /R). Si la hacemos igual a 2 haciendo que R = R, entonces la Vout pasa a ser igual a la suma de todas las tensiones de entrada.

Vout = (1+RA/RB) V+V2/2

Si RA = RB entonces

Vout = (1+1) V+V2/2 => 2 (V1+V2)/2

Por tanto, Vout = V+V2

Del mismo modo, para una configuración de amplificador sumador no inversor de 3 tensiones de entrada, la ganancia de tensión en bucle cerrado se ajusta a 3 para que la tensión de salida sea equivalente a la suma de las 3 tensiones de entrada, como V1, V2 y V3.

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Ventajas

El ventajas del op-am no inversorp incluyen las siguientes.

  • La señal de salida puede obtenerse sin inversión de fase.
  • La ganancia de tensión es modificable.
  • La ganancia de tensión es positiva.
  • Se puede obtener una mejor adaptación de la impedancia con los amplificadores no inversores.
  • El valor de la impedancia de i/p es alto en comparación con el amplificador inversor.
  • Este circuito de amplificador óptico proporciona la máxima impedancia de entrada, incluyendo las ventajas de otros amplificadores ópticos.
  • Esta configuración se utiliza con mayor frecuencia en diferentes dispositivos electrónicos.

Desventajas

El desventajas del op-amp no inversor incluyen las siguientes.

  • En comparación con los op-amps inversores, los op-amps no inversores no proporcionan más estabilidad al sistema.
  • El número de etapas se utiliza en función de la necesidad de alcanzar la ganancia requerida.
  • En función del amplificador concreto, se modificará la resistencia de entrada y de salida.
  • El circuito amplificador no tiene tierra virtual, por lo que tiene una gran tensión en modo común, y la capacidad antiinterferente es relativamente pobre. Por ello, el amplificador óptico requiere una mayor relación de rechazo de modo común, y otra desventaja es que el factor de amplificación sólo puede ser mayor que uno.

¿Dónde se utilizan los Op Amps no inversores?

El aplicaciones del op-amp no inversor incluyen las siguientes.

  • Los circuitos de amplificadores operacionales no inversores se utilizan cuando es necesaria una alta impedancia de entrada.
  • Estos circuitos se utilizan como seguidores de tensión dando la salida a la entrada inversora como un inversor.
  • Se utilizan para aislar los circuitos particulares en cascada.
  • El op-amp no inversor es aplicable cuando es necesario que el o/p amplificado esté en fase a través del i/p.
  • Se utiliza para realizar estímulos matemáticos como un sumador.

¿Cuál es la fórmula de un amplificador no inversor?

La fórmula del amplificador no inversor es Vout/Vin = 1+(R2/R1).

¿La ganancia del amplificador óptico es negativa?

La ganancia del amplificador óptico depende principalmente de su configuración. En el caso de un op-amp inversor, la ganancia es negativa, como Av = Vout/Vin = -Rf/Rin, mientras que en el op-amp no inversor, la ganancia es positiva, como AV = Vout/Vin = 1+Rf/Ri

¿Por qué la ganancia es negativa en un op-amp?

La ganancia del op-amp inversor es negativa porque la salida del op-amp está desfasada respecto a la entrada.

Así pues, se trata de una visión general de un op-amp no inversor que incluye su configuración, la ganancia de tensión, la impedancia de entrada y salida, y ejemplos de problemas con aplicaciones. Este configuración del amplificador operacional utiliza una conexión de retroalimentación negativa con un divisor de tensión de polarización. La ganancia de tensión de este op-amp es siempre >1 y depende únicamente de los valores de la resistencia. Aquí tienes una pregunta, ¿qué es un op-amp inversor?

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