La segunda configuración básica de un circuito amplificador operacional es la de un diseño de amplificador operacional sin inversión .
En esta configuración, la señal de voltaje de entrada ( V IN ) se aplica directamente al terminal de entrada no inversor ( + ), lo que significa que la ganancia de salida del amplificador se convierte en "Positiva" en valor en contraste con el circuito "Amplificador inversor" Vimos en el último tutorial cuya ganancia de salida es negativa en valor. El resultado de esto es que la señal de salida está "en fase" con la señal de entrada.
El control de retroalimentación del amplificador operacional que no invierte se logra aplicando una pequeña parte de la señal de voltaje de salida al terminal de entrada inversor ( - ) a través de una red divisoria de voltaje Rƒ - R2 , lo que nuevamente produce retroalimentación negativa. Esta configuración de bucle cerrado produce un circuito amplificador no inversor con muy buena estabilidad, una impedancia de entrada muy alta, infinito de Rin que se aproxima, ya que no fluye corriente hacia el terminal de entrada positivo (condiciones ideales) y una impedancia de salida baja, Enrutamientocomo se muestra abajo.
Configuración del amplificador operacional no inversor
En el tutorial anterior del Amplificador de inversión, dijimos que para un amplificador operacional ideal "No fluye corriente en el terminal de entrada" del amplificador y que "V1 siempre es igual a V2" . Esto se debió a que la unión de la entrada y la señal de realimentación ( V1 ) tienen el mismo potencial.
En otras palabras, la unión es un punto de suma de "tierra virtual". Debido a este nodo de tierra virtual, las resistencias, Rƒ y R2 forman una red divisora de potencial simple a través del amplificador no inversor con la ganancia de voltaje del circuito determinada por las relaciones de R2 y Rƒ como se muestra a continuación.
Red divisora de potencial equivalente
Luego, utilizando la fórmula para calcular el voltaje de salida de una red divisora de potencial, podemos calcular la ganancia de voltaje en bucle cerrado ( A V ) del amplificador no inversor de la siguiente manera:
Luego, la ganancia de voltaje de bucle cerrado de un amplificador operacional no inversor se dará como:
Podemos ver en la ecuación anterior, que la ganancia general de bucle cerrado de un amplificador no inversor siempre será mayor pero nunca menor que uno (unidad), es de naturaleza positiva y está determinada por la relación de los valores de Rƒ y R2 .
Si el valor de la resistencia de realimentación Rƒ es cero, la ganancia del amplificador será exactamente igual a uno (unidad). Si el resistor R2 es cero la ganancia se aproximará a infinito, pero en la práctica se limitará a los amplificadores operacionales de ganancia diferencial de bucle abierto, ( A O ).
Podemos convertir fácilmente una configuración de amplificador operacional inverso en una configuración de amplificador no inversor simplemente cambiando las conexiones de entrada como se muestra.
Seguidor de voltaje (Unity Gain Buffer)
Si hiciéramos la resistencia de realimentación, Rƒ igual a cero, ( Rƒ = 0 ), y la resistencia R2 igual a infinito, ( R2 = ∞ ), entonces el circuito tendría una ganancia fija de "1", ya que toda la tensión de salida sería presente en el terminal de entrada inversor (retroalimentación negativa). Esto produciría entonces un tipo especial de circuito amplificador no inversor llamado seguidor de voltaje o también llamado "búfer de ganancia unitaria".
Como la señal de entrada está conectada directamente a la entrada no inversora del amplificador, la señal de salida no se invierte, lo que hace que la tensión de salida sea igual a la tensión de entrada, Vout = Vin . Esto hace que el circuito seguidor de voltaje sea ideal como un circuito de buffer de ganancia de unidad debido a sus propiedades de aislamiento.
La ventaja del seguidor de voltaje de ganancia unitaria es que puede usarse cuando la adaptación de impedancia o el aislamiento del circuito es más importante que la amplificación, ya que mantiene el voltaje de señal. La impedancia de entrada del circuito seguidor de voltaje es muy alta, generalmente por encima de 1 MΩ, ya que es igual a la resistencia de entrada de los amplificadores operacionales por su ganancia ( Rin x A O ). Además, su impedancia de salida es muy baja ya que se supone una condición de amplificador operacional ideal.
Seguidor de voltaje no inversor
En esta configuración de circuito no inversor, la impedancia de entrada Rin se ha incrementado hasta el infinito y la impedancia de realimentación Rƒ se ha reducido a cero. La salida se conecta directamente a la entrada de inversión negativa, por lo que la retroalimentación es del 100% y Vin es exactamente igual a Vout, lo que le otorga una ganancia fija de 1 o unidad. Como la tensión de entrada Vin se aplica a la entrada no inversora, la ganancia del amplificador se da como:
Dado que no fluye corriente hacia el terminal de entrada no inversor, la impedancia de entrada es infinita (amplificador operacional ideal) y tampoco fluye corriente a través del bucle de realimentación, por lo que cualquier valor de resistencia puede colocarse en el bucle de realimentación sin afectar las características del circuito. ya que no se disipa ningún voltaje a través de él, fluye corriente cero, caída de voltaje cero, pérdida de potencia cero.
Como la corriente de entrada es cero, lo que da una potencia de entrada cero, el seguidor de voltaje puede proporcionar una gran ganancia de potencia. Sin embargo, en la mayoría de los circuitos de búfer de ganancia unitaria real se requiere una resistencia de valor bajo (típicamente 1kΩ) para reducir las corrientes de fuga de entrada de compensación, y también si el amplificador operacional es de un tipo de realimentación de corriente.
El seguidor de voltaje o el búfer de ganancia unitaria es un tipo especial y muy útil de circuito amplificador no inversor que se usa comúnmente en electrónica para circuitos aislados entre sí, especialmente en filtros de variable de estado de orden superior o tipo Sallen-Key para separar un filtro etapa desde la otra. Los IC de búfer digitales típicos disponibles son el búfer 74LS125 Quad de 3 estados o el búfer octal 74LS244 más común.
Una última reflexión, la ganancia de voltaje en circuito cerrado de un circuito seguidor de voltaje es "1" o Unidad . La ganancia de voltaje de bucle abierto de un amplificador operacional sin retroalimentación es infinita . Luego, al seleccionar cuidadosamente los componentes de realimentación, podemos controlar la cantidad de ganancia producida por un amplificador operacional que no invierte en cualquier lugar, desde uno hasta el infinito.
Hasta ahora hemos analizado un circuito amplificador inversor y no inversor que tiene solo una señal de entrada, Vin . En el siguiente tutorial sobre Amplificadores operacionales, examinaremos el efecto del voltaje de salida, Vout , conectando más entradas al amplificador. Esto luego produce otro tipo común de circuito amplificador operacional llamado Amplificador Sumario que se puede usar para "sumar" los voltajes presentes en sus entradas.
