Amplificador Operacional: Amplificador Inversor.

Saludos compañeros. El día de hoy conoceremos al amplificador operacional trabajando en modo inversor.

 

Antes que nada, deben saber que el amplificador operacional configurado en modo inversor, es también conocido como AMPLIFICADOR DE GANANCIA CONSTANTE.

 

La salida de esta configuración de amplificador operacional se obtiene multiplicando la ganancia por una entrada fija establecida por un conjunto de resistencias conectadas simultáneamente.

 

Las dos resistencias se clasifican de la siguiente manera: una es resistencia  de entrada (Ri) y otra resistencia es de realimentación o feedback (Rf).

 

Para demostrar matemáticamente la ecuación de salida de un amplificador operacional inversor, se hará mediante leyes o enunciados basados en los teoremas de OHM y KIRCHOFF empleando nodos.

 

Amplificador Operacional: Amplificador Inversor.

Análisis matemático.

Se procede a analizar el circuito en configuración inversor de la figura 1.

amplificador inversor
Figura 1: Análisis de corrientes y voltajes en un amplificador en modo inversor

 

Inicialmente se dice que la corriente que entra al nodo Vx que pasa por la resistencia R1, sale por la resistencia R2.

Recordemos que para el análisis de nodos usted debe tener en cuenta que las corrientes que entran a un nodo, son igual a las que salen.

amplificador operacional, amplificador inversor
Ecuación 1

Se aplican ecuaciones de nodos y relacionando niveles de tensión entre nodos, podemos decir lo siguiente:

amplificadores operacionales: amplificador inversor
ECUACIÓN 2 Y 3

 

La corriente I1 es igual a la diferencia del voltaje de entrada y el voltaje del nodo Vx.

La corriente I2 es igual a la diferencia entre el voltaje de nodo Vx y el voltaje de salida o Vout.

Las ecuaciones 2 y 3 se reemplazan en la ecuación 1 y quedan de la siguiente forma.

Amplificador Operacional: Amplificador Inversor.
Ecuación 4

Por masa virtual, Vx es igual a cero y por lo tanto no se tiene en cuenta para el análisis.

amplificador operacional: amplificador inversor
ecuación 5, Vx=0 por masa virtual

 

Entre las terminales del amplificador operacional que son inversora y no inversora hay una resistencia interna con una alta impedancia por lo cual al dispositivo no le ingresan corrientes.

Por lo tanto en Vx no hay tensión.

se reescribe la ecuación 5.

amplificador operacional: amplificador inversor
Ecuación 6

 se procede a despejar Vout

amplificador operacional: amplificador inversor
ecuación 7

Finalmente la ecuación queda de la siguiente forma:

 

amplificador operacional: amplificador inversor
ecuación 8

De lo anterior podemos decir que:

  • La relación de resistencias determinará la ganancia de salida del amplificador
  • Lo ideal es que la ganancia sea pequeña para que se logre una mejor apreciación de la señal de salida
  • El voltaje de salida será negativo salvo que el voltaje aplicado a la salida sea negativo.
  • visita nuestros contenidos relacionados con máquinas eléctricas.

 

EJERCICIO.

Si el circuito de la figura 2 tiene una resistencia R1 de 100k y una R2 de 500k, ¿ que voltaje a la salida resulta con una entrada de Vin= 2 Volts ?

Amplificador Operacional: Amplificador Inversor.
Figura 2: montaje amplificador inversor

SOLUCIÓN.

1- reemplazar en la fórmula existente para un amplificador inversor

2- reemplazar los valores especificados en el ejercicio

3- realizar la operación

Amplificador Operacional: Amplificador Inversor.

Nota: La respuesta es -10V

Amplificador Operacional: Amplificador Inversor.
Figura 3: comprobación del cálculo realizado

 

Ejercicio 2

que forma de onda tendrá el circuito de la figura 4 si la señal introducida es de 10 Volts senoidal y las resistencias son ambas de 10k.

amplificador operacional: amplificador inversor
Figura 4

SOLUCIÓN

Para el primer caso, cuando el voltaje de entrada 10Volts, se obtendrá un voltaje negativo de -10 Volts.

Para el segundo caso, cuando el voltaje de entrada -10Volts, se obtendrá un voltaje negativo de 10 Volts

amplificador operacional: amplificador inversor

La forma de onda es la presentada a continuación.

amplificador operacional: amplificador inversor
Figura 5: formas de onda de entrada y de salida del amplificador en modo inversor

En la figura 5, la señal amarilla es la señal de entrada.

La señal azul corresponde a la señal de salida invertida. Se comprueba el funcionamiento de un inversor.

¿CUANDO SALE LA SEÑAL DE SALIDA RECORTADA?

cuando el voltaje de entrada supera los voltajes de alimentación del amplificador operacional.

Para este caso, los voltajes de alimentación se han reducido a +5 y -5 volts

El voltaje de entrada es de 10 volts.

amplificador operacional: amplificador inversor
Figura 6: cambio de voltajes

La forma de onda seria la siguiente

amplificador operacional: amplificador inversor
figura 7: Formas de onda de salida

Claramente es la señal AC pero recortada en sus picos de +10 y -10 volts

 

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