La cantidad de proyectos que pueden usar amplificadores operacionales es ilimitada. La utilidad de este componente sólo podría ser estimada si reuniéramos todas sus aplicaciones en un único volumen, lo que nadie ha conseguido hacer hasta hoy. National Semiconductor en su AN-31 (Application Note Nº.31) reúne una enorme cantidad de circuitos con sus amplificadores operacionales de la serie LM, pero cuyas configuraciones pueden aprovecharse para otros operacionales, teniendo en cuenta las características de cada circuito. Reunimos entonces en este artículo una cantidad de estas configuraciones que seguramente serán de utilidad para los proyectistas.
National Semiconductor posee una gran variedad de amplificadores operacionales en su línea de productos. En estos circuitos destacamos los siguientes integrados:
LM101A - Amplificador operacional ajustable de uso general.
LM107 - Amplificador operacional de uso general.
LM108 - Amplificador operacional de precisión.
Se pueden usar equivalentes de otros fabricantes con las siglas µA (Fairchild) en estas aplicaciones.
a) Circuitos Básicos
El circuito de la figura 1 es un amplificador inverso donde ganancia e impedancia de entradas están dados por la fórmula que aparece junto al diagrama.
Al igual que en los circuitos convencionales de amplificadores de este tipo, la fuente de alimentación debe ser simétrica.
El circuito de la figura 2 consiste en un amplificador no inversor. La ganancia está dada en la fórmula junto al diagrama.
Observe entonces que, mientras en el circuito de la figura 1 la fase de la señal de salida es opuesta a la de la serial de entrada, en este circuito las dos señales tienen la misma fase.
En la figura 3 tenemos un amplificador diferencial.
Las fórmulas junto al diagrama muestran que tenemos en la salida de este circuito una tensión proporcional a la diferencia entre las tensiones de las señales aplicadas a la entrada. Las relaciones que deben ser mantenidas entre los componentes también se indican junto al diagrama.
El circuito de la figura 4 es un sumador.
Esto significa que la tensión que obtenemos en la salida es proporcional a la suma de las tensiones aplicadas en las entradas. Vea que podemos tener más de 2 entradas. La fórmula junto al diagrama permite determinar las características de entrada y salida del circuito.
Un sumador no inversor con un amplificador operacional LM107 aparece en la figura 5.
Para una precisión mejor que 1% el resistor de carga o circuito de carga debe ser de 1k de impedancia/ resistencia.
En la figura 6 tenemos un amplificador inversor de precisión con alta impedancia de entrada.
Para una fuente de señal con impedancia menor que 100k, la precisión de este circuito es mejor que 1%; Vea que los resistores que fijan la ganancia del circuito deben tener la precisión que deseamos para la salida.
Un amplificador rápido es elaborado con la utilización de dos amplificadores operacionales. El LM102 funciona como seguidor de tensión proporcionando ganancia unitaria mas una velocidad mayor de operación con alta impedancia de entrada, mientras que la ganancia final de la etapa la da por el segundo operacional, un LM 101A en configuración semejante a la que muestra en la figura 6.
La configuración para los dos integrados se muestra en la figura 7.
Para operación en corriente alterna tenemos un amplificador no inversor con el integrado LM107 mostrado en la figura 8.
La ganancia, resistencia de entrada y las relaciones que algunos componentes deben mantener para mejor desempeño, se dan en fórmulas en el mismo diagrama. Observe que el capacitor de entrada debe tener una reactancia pequeña en relación a la frecuencia dela serial con que se pretende operar.
En la figura 9 tenemos un diferenciador.
Los componentes son seleccionados de acuerdo con la frecuencia de señal a tratar, según las fórmulas que aparecen junto al diagrama. Un integrador que tiene por base un LM107 aparece en la figura 10.
La llave S1 es accionada para integración y las fórmulas junto al diagrama permiten calcular los valores de los componentes usados en función de la serial de entrada. Observe también que R1 debe ser igual a R2 para menor error de offset debido a la corriente de polarización de entrada.
En la figura 11 se muestra un integrador rápido utilizando el integrado LM101A de National Semiconductor.
Los componentes C3 y R1 son calculados a partir de la misma fórmula del circuito anterior, en función de la frecuencia de operación.
La tensión de salida del circuito mostrado en la figura 12 es proporcional a la intensidad de la corriente de entrada.
Se trata, pues, de un conversor corriente/tensión que puede ser empleado en instrumentación con señales de diversos tipos de transductores de corriente.
La fórmula junto al diagrama permite calcular las características de la conversión y para menor error debido a la corriente de polarización. R1 debe ser igual a R2.
En la figura 13 sugerimos un circuito que permite operar el LM101 con una fuente sin tensión negativa
Este circuito de dos tensiones es en verdad un sistema simétrico en que tenemos valores de +10, +20 y 0 V para alimentación del integrado.
Los valores de R1, R2, y R3 dependen de la ganancia deseada, según el circuito de la figura 1. Para generar la segunda tensión positiva exigida para una aplicación como la de la figura 13, tenemos el circuito de la figura 14 que usa un integrado LM101A.
Observe que los resistores R1 y R2 deben ser de precisión para garantizar la simetría de la operación del circuito alimentado.
La capacidad de entrada de un amplificador operacional puede ser neutralizada para aumentar su velocidad de respuesta con el circuito de la figura 15.
La fórmula junto al diagrama muestra las relaciones que deben existir entre los componentes usados en el circuito.
Un detector de límites de dos puntos de actuación aparece en la figura 16.
Las características de operación de este circuito quedan claras a partir de las fórmulas que aparecen junto al diagrama: para una tensión de entrada comprendida entre los dos límites establecidos, la salida será de 4,6V, aproximadamente, y para tensiones de entrada fuera de estos límites la tensión de salida será nula. También podemos denominar este tipo de circuito "detector de ventana", pues su salida estará activa en una ”ventana” situada entre dos tensiones dada como limite por el diodo zener. (Histéresis)
Un comparador de tensión capaz de excitar entradas DTL o TTL y que hace uso de un LM101A se muestra en la figura 17.
El diodo zener fija las características de salida de la señal de modo de compatibilizarla con las características de entradas TTL y DTL. Un discriminador de ventana, con 4 salidas que dependen de la banda de tensión en que se encuentra la serial de entrada aparece en la figura 18.
En este circuito, los amplificadores funcionan como comparadores y los límites de actuación de cada uno, (determinando así las "ventanas") se fijan por tensiones de referencia en las 4 entradas de los 4 amplificadores operacionales del tipo LM101A.
Completando esta serie, que ciertamente tendrá continuación en futuros artículos, pues las aplicaciones para los operacionales son ilimitadas, damos un modo simple de ajustar la tensión. de offset en los amplificadores inversores. (figura 19)
Las características de este circuito también se expresan en la fórmula junto al diagrama.