Amplificador operacional

De Viquip??dia

Un amplificador operacional (sovint anomenat simplement operacional o per l'abreviaci?? angl??sa op-amp) ??s un m??dul de circuits electr??nics (normalment constru??t en forma de circuit integrat, per?? a vegades mitjan??ant transistors discrets o v??lvules de buit) que t?? una entrada no-inversora (+), una inversora (-) i una sortida. La tensi?? de sortida ??s la difer??ncia entre les entrades + i - multiplicades pel guany de lla?? obert (open-loop gain): $V s o r t i d a = (V + ??? V ???) G$ , on $G$ ??s el valor del guany de lla?? obert. Degut a que els amplificadors operacionals tenen par??metres uniformes, un encapsulat est??ndard i uns requeriments d'alimentaci?? tamb?? est??ndards, s??n molt ??tils a l'hora de dissenyar r??pidament aplicacions electr??niques.

[edita] Introducci??

Originalment, els amplificadors operacionals van rebre aquest nom perqu?? es feien servir per a modelar les operacions matem??tiques b??siques (suma, resta, integraci??, derivaci??), etc.) en computadores anal??giques electr??niques. En aquest sentit entenem l'amplificador operacional com un element circuital ideal. Els que usem en realitat, fets de transistors, v??lvules, etc., s??n aproximacions a aquest ideal. Aquest amlificador operacional ideal (sovint referit com a l'amplificador operacional ideal) t?? un guany de lla?? obert indefinidament gran, un ample de bandaindefinidament gran, imped??ncies d'entrada indefinidament grans, una imped??ncia de sortida de valor zero, soroll nul, aix?? com un despla??ament d'entrades (input offset voltage) de valor zero (sortida de 0V quan les dues entrades s??n exactament igual). Els amplificadors operacionals moderns de circuits integrats tipus MOSFET s'aproximen cada vegada m??s a aquests ideals en amples de banda limitats, en aplicacions de gran senyal a temperatura ambient. Quan l'aproximaci?? ??s suficientment propera a l'ideal, al circuit l'anomenem 'amplificador operacional', oblidem els seus l??mits, i fem servir la formulaci?? donada en aquest article.

L'amplificador operacional ??s un dispositiu molt ??til en circuits electr??nics anal??gics. Amb uns pocs components externs, es poden realitzar una gran varietat de tasques sobre processament de senyal anal??gic. Els dissenys amb ells tamb?? solen ser barats, ja que la majoria d'amplificadors operacionals de prop??sit general es venen per menys de seixanta c??ntims d'euro la pe??a. Els dissenys moderns han estat realitzats tenint en compte la durabilitat tamb??: bastants de 'op-amps' s??n fabricats de manera que poden suportar curtcircuits en les seves sortides sense cap dany resultant. Una de les claus de la utilitat d'aquests circuits recau en el principi de realimentaci??, particularment la realimentaci?? negativa, que constitueix el fonament en quasi tots els proc??ssos autom??tics de control. Els principis relacionats amb els amplificadors operacionals, doncs, valen fins i tot en ??mbits m??s enll?? dels de l'electr??nica.

[edita] Notaci??

Un s??mbol t??pic per a representar un amplificador operacional en un circuit el??ctric t?? aquest aspecte:

Els seus terminals fan refer??ncia a:

$V +$ : Entrada no inversora
$V ???$ : Entrada inversora
$V o u t$ : Sortida
$V S +$ : Alimentaci?? positiva
$V S ???$ : Alimentaci?? negativa

Els contactes d'alimentaci?? ( $V S +$ i $V S ???$ ) poden ser etiquetats de v??ries maneres. Pels op-amps basats en FET, l'alimentaci?? positiva de drenador com?? ??s anomenada $V D D$ i la negativa de sortidor com?? ??s anomenada $V S S$ . En els basats en BJT, el contacte $V S +$ obt?? l'etiqueta de $V C C$ i el de $V S ???$ , $V E E$ . A vegades tamb?? s??n anomenats $V C C +$ i $V C C ???$ , o fins i tot $V +$ i $V ???$ , on en aquest cas les entrades haurien estat etiquetades diferent. En tots els casos la funci?? continua essent la mateixa. Sovint aquests contactes no s'inclouen en el diagrama per a claredat, i la configuraci?? de l'alimentaci?? es sobrent??n per la resta de circuit.

La polaritat dels contactes d'entrada sovint ??s invertida en els diagrames per a claredat. En aquest cas, els contactes d'alimentaci?? restarien en la mateixa posici??: el contacte m??s positiu sempre ??s a la part de dalt, i el m??s negatiu a la part de baix. No es capgira tot el s??mbol; nom??s les entrades.

[edita] Comportament en cont??nua

El guany de lla?? obert ??s definit com l'amplificaci?? de l'entrada a la sortida sense aplicar cap realimentaci??. Per als c??lculs m??s pr??ctics, el guany de lla?? obert s'assumeix indefinidament gran. En realitat, per??, est?? limitat pel voltatge aplicat a l'alimentaci?? de l'amplificador operacional, o sigui, a $V S +$ i $v S ???$ en el diagrama superior. Dispositius corrents mostren un guany en cont??nua de lla?? tancat d'entre 100.000 fins a 1 mili??. Aix?? permet definir el guany per a la nostra aplicaci?? de manera simple i exacta utilitzant realimentaci?? negativa. Com sempre la teoria i la pr??ctica difereixen, ja que els op-amps tenen v??ris l??mits que el dissenyador no ha d'oblidar.

[edita] Comportament en alterna

El guany de l'amplificador calculat en cont??nua no ??s l'obtingut a altes freq????ncies. Aquest efecte es deu a l??mits de dins el mateix operacional, com el seu ample de banda finit, i les caracter??stiques d'alterna de la resta de circuit on hem situat l'operacional. El problema m??s gran que es sol trobar a l'hora de dissenyar amb operacionals ??s la tend??ncia del dispositiu a ressonar a altes freq????ncies, on la realimentaci?? negativa resulta positiva degut a desfasaments par??sits.

Amplificadors operacionals t??pics de baix cost, per a fins gen??rics, mostren un producte de guany-ample de banda d'uns pocs MHz. Alguns operacionals especials, i d'alta velocitat, poden arribar a productes guany-ample de banda de centenars de MHz. En circuits de freq????ncia molt alta, es sol fer servir una forma modificada d'operacional anomenada amplificador operacional realimentat per corrent.