¿Qué significa que un amplificador de operaciones es de "alta ganancia"?

Por alto nos referimos a un valor que es adecuado para un propósito especial, normalmente en el rango de 10 000 a 100 000. Los amplificadores operacionales se usan con mayor frecuencia para sistemas de retroalimentación, por lo tanto, su ganancia de lazo abierto, la ganancia obtenida sin ninguna conexión de retroalimentación, debe elegirse de tal manera que cumplan con el grado de precisión que se necesita para el circuito de lazo cerrado.

Permítanme elaborar más sobre varios parámetros que involucran circuitos opamp. El siguiente diagrama muestra un amplificador de retroalimentación. El bloque G se llama amplificador básico y el bloque H se llama sistema de realimentación .

Lo que hace el sistema de retroalimentación es detectar el voltaje de salida, Vo, y generar un voltaje fVo, donde f es menor que uno. Este voltaje de retroalimentación de salida, a saber, fVo, se resta luego del voltaje de entrada, Vi, y la diferencia se retroalimenta al amplificador básico. La relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada se denomina ganancia de bucle cerrado , que se puede obtener simplemente dividiendo Vo por Vi:

En la ecuación anterior, cuando A se acerca al infinito, la ganancia de bucle cerrado tiende a 1/f. Esto sugiere que la ganancia de bucle cerrado ahora es independiente de las variaciones de ganancia de bucle abierto, razón por la cual los amplificadores operacionales se utilizan ampliamente como elementos activos en los circuitos.

Significa que el voltaje de salida será un gran número de veces la diferencia de voltaje entre los terminales de entrada. Normalmente, la ganancia de "bucle abierto" será > 1 millón.

El efecto divertido de esto es que es casi inútil como amplificador en el modo de bucle abierto. Sin embargo, podemos hacer amplificadores muy útiles controlando la ganancia con retroalimentación negativa.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Figura 1. Un amplificador operacional de bucle abierto desnudo y un amplificador no inversor con una ganancia de -10.

Una breve mirada intuitiva a un amplificador no inversor:

• Suponga que en el encendido la salida es de cero voltios y se aplica una señal de 10 mV a Vin.
• La entrada + ahora es de +10 mV y la entrada - está en 0 V.

• Si el amplificador operacional tiene una ganancia de 1 000 000, la salida comenzará a aumentar y se dirigirá hacia 10 mV x 1 000 000 = 10 000 V. (En realidad, no puede ir más allá del voltaje de suministro positivo).

• A medida que aumenta el voltaje de salida, el voltaje de entrada aumenta a 1/10 de la tasa debido al divisor de 10:1 de R2 y R1. A un voltaje de salida de 100 mV, habrá 10 mV en la entrada y el "impulso" positivo en la salida se reducirá a cero. De hecho, la entrada inversora se establecerá en un valor del orden de un microvoltio por debajo de 10 mV.

La ganancia, A, de este circuito ahora está ajustada por las resistencias de retroalimentación a$A = \frac {R1+R2}{R1}$.

Sin descuidar la (muy alta) ganancia de bucle abierto Ao del opamp en la configuración no inversora (ver figura en la publicación del transistor), la ganancia de bucle cerrado (con retroalimentación aplicada) es

Acl=Ao/[1+kAo]=1/[(1/Ao)+k] con k=factor de realimentación=R1/(R1+R2)

Como puede ver, para (1/Ao<< k) idéntico a (Ao>>1/k) la ganancia de lazo cerrado está prácticamente determinada únicamente por el factor de retroalimentación y llegamos a

Acl=1/k=1+R2/R1 .

Por esta razón, todos los amplificadores operacionales tienen una ganancia Ao de bucle abierto muy grande.