🛠️ ESTRUCTURA INTERNA del AMPLIFICADOR OPERACIONAL 741

Esquema interno del amplificador operacional 741

✋ Los diseños varían entre cada fabricante y cada producto, pero todos los amplificadores operacionales A-O tienen básicamente la misma estructura interna, que consiste en tres etapas:

1. Amplificador diferencial: es la etapa de entrada que proporciona una baja amplificación del ruido y gran impedancia de entrada. Suele tener una salida diferencial.

2. Amplificador de tensión: proporciona una ganancia de tensión.

3. Amplificador de salida: proporciona la capacidad de suministrar la corriente necesaria, tiene una baja impedancia de salida y, usualmente, protección trente a cortocircuitos. Como se ve en la siguiente figura 👇.

Diagrama electrónico del amplificador operacional 741

Circuito de polarización de salida

👉 El bloque delineado donde se encuentra el transistor Q16 es un desplazador de nivel de tensión (o multiplicador de Vbe); un tipo de fuente de tensión. En el circuito se puede ver que Q16 suministra una caída de tensión constante entre colector y emisor independientemente de la corriente que lo atraviesa. 

✋ Si la corriente de base del transistor es despreciable, y la tensión entre base y emisor (y a través de la resistencia de 7.5 kohmios) es 0.625 V (un valor típico para un BJT en la región activa), entonces la corriente que atraviesa la resistencia de 4.5 kohmios será la misma que atraviesa 7.5 kohmios, y generará una tensión de 0.375 V. Esto mantiene la caída de tensión en el transistor, y las dos resistencias en 0.625 + 0.375 = 1 V, lo cual sirve para polarizar los dos transistores de salida ligeramente en condición reduciendo la distorsión "crossover". En algunos amplificadores con componentes discretos esta función se logra con (generalmente dos en serie) diodos de silicio.

• Algunos dispositivos (uA748, LM301, LM308) no tienen compensación interna (necesitan un condensador externo entre la salida y algún punto intermedio en el amplificador operacional, si se utilizan en aplicaciones de baja ganancia de lazo cerrado).
• Algunos dispositivos modernos tienen excursión completa de salida entre las tensiones de alimentación (menos unos pocos milivoltios).

Parámetros

• Ganancia en lazo abierto. Indica la ganancia de tensión en ausencia de realimentación. Se puede expresar en unidades naturales (V/V, V/mV) o logarítmicas (dB). Son valores habituales 100.000 a 1.000.000 V/V.
• Tensión en modo común. Es el valor medio de tensión aplicado a ambas entradas del operacional.
• Tensión de Offset. Es la diferencia de tensión aplicada a través de resistencias iguales, entre las entradas de un operacional que hace que su salida tome el valor cero.
• Corriente de Offset. Es la diferencia de corriente entre las dos entradas del operacional que hace que su salida tome el valor cero.
• Margen de entrada diferencial. Es la mayor diferencia de tensión entre las entradas del operacional que mantienen el dispositivo dentro de las especificaciones.
• Corrientes de polarización (Bias) de entrada. Corriente media que circula por las entradas del operacional en ausencia de señal.
• Slew rate. Es la relación entre la variación de la tensión de salida máxima respecto de la variación del tiempo. El amplificador será mejor cuanto mayor sea el Slew Rate. Se mide en V/us, kV/us o similares. El slew rate está limitado por la compensación en frecuencia de la mayoría de los amplificadores operacionales. Existen amplificadores no compensados (con mayor slew rate) usados principalmente en comparadores, y en circuitos osciladores, debido de hecho a su alto riesgo de oscilación.
• Relación de Rechazo en Modo Común (RRMC, o CMRR en sus siglas en inglés). Relación entre la ganancia en modo diferencial y la ganancia en modo común.

Limitaciones

Saturación

Un amplificador operacional A-O típico no puede suministrar más de la tensión a la que se alimenta,

normalmente el nivel de saturación es del orden del 90% del valor con que se alimenta. Cuando se da este valor se dice que satura, pues ya no está amplificando. La saturación puede ser aprovechada por ejemplo en circuitos comparadores.

Característica tensión-frecuencia

👉 Al amplificador operacional A-O típico también se le conoce como amplificador realimentado en tensión (VFA). En él hay una importante limitación respecto a la frecuencia: el producto de la ganancia en tensión por el ancho de banda es constante.

💥 Como la ganancia en lazo abierto es del orden de 100.000, un amplificador con esta configuración sólo tendría un ancho de banda de unos pocos Hercios. Al realimentar negativamente se baja la ganancia a valores del orden de 10 a cambio de tener un ancho de banda aceptable. Existen modelos de diferentes A-O para trabajar en frecuencias superiores. En estos amplificadores prima mantener las características a frecuencias mas altas que el resto, sacrificando a cambio un menor valor de ganancia u otro aspecto técnico.

Escrito por Archie Tecnology