Amplificadores de propósito general

La supervisión de la tensión implica el seguimiento de las señales eléctricas para garantizar que el sistema se mantenga dentro de límites seguros y especificados. Este proceso es esencial para mantener un sistema eficiente al evitar daños en los componentes circundantes y evitar tiempos de inactividad. Los amplificadores operacionales garantizan una detección precisa de la tensión en muchas aplicaciones, como en la distribución industrial de energía, en las pruebas y mediciones, en los accionamientos de motor y más.

La supervisión de la tensión se puede realizar en varias topologías de amplificadores. Por ejemplo, se puede usar una configuración de búfer para medir una tensión sin extraer una corriente de fuente significativa ni cargar el circuito. De forma alternativa, se podría usar un amplificador operacional como comparador para detectar si una señal supervisada está por encima o por debajo de un umbral de tensión determinado.

Dadas dos tensiones de entrada, se puede usar un amplificador operacional para amplificar la diferencia entre las dos señales. Normalmente, se diseña algún tipo de red de resistencia para restar una señal de la otra. Los amplificadores diferenciales se pueden implementar de dos formas: discretamente, junto con resistencias y condensadores externos, o integrarlos donde se fabrica todo el circuito en un solo chip, lo que ofrece un alto grado de precisión entre las señales de entrada.

Algunas aplicaciones son la instrumentación médica, los sistemas de audio y los sistemas de adquisición de datos (DAQ). Los amplificadores operacionales de dispositivos médicos requieren una alta ganancia y un excelente rechazo de modo común, mientras que los sistemas DAQ de precisión requieren una baja compensación de entrada para mantener la integridad de la señal. 

La detección de corriente mide el flujo de corriente eléctrica en un circuito y, a menudo, ve aplicaciones esenciales en el control de motores, la gestión de baterías y las fuentes de alimentación. Los amplificadores operacionales amplifican una caída de tensión a través de una resistencia de derivación (una resistencia de detección de corriente), lo que permite una lectura de la tensión precisa proporcional a la corriente. Mediante el uso de valores de resistencia conocidos, se puede calcular la corriente original a través de la tensión de salida.

La baja tensión de compensación de entrada, la baja corriente de polarización de entrada y el uso de resistencias de precisión son deseables para detectar la corriente, ya que el amplificador operacional trata con pequeñas caídas de tensión. Como tal, una topología de amplificador diferencial puede ser útil para caracterizar milivoltios de caídas de tensión en la derivación.

Los filtros activos usan amplificadores operacionales junto con resistencias y condensadores para dar forma a la respuesta de frecuencia de una señal. A diferencia de los filtros pasivos, los filtros activos sirven para amplificar la señal y proporcionar un mejor rendimiento en términos de ganancia de ancho de banda y estabilidad. Debido a factores como la alta impedancia de entrada y la baja impedancia de salida, los amplificadores operacionales logran características de filtro precisas sin la necesidad de componentes de circuito adicionales.

Al seleccionar amplificadores operacionales para aplicaciones de filtrado, una especificación como el ancho de banda alto permite el procesamiento de señales en un amplio rango de frecuencias; también se aconseja un bajo nivel de ruido para mantener la integridad de la señal dentro de un sistema.

Las aplicaciones de detección de temperatura y presión suelen incluir la conversión de cantidades físicas en señales eléctricas que se pueden medir. En la detección de temperatura, se pueden usar termopares en los diseños, mientras que las aplicaciones sensibles a la presión usan sensores piezoeléctricos o capacitivos para capturar datos analógicos.

Los amplificadores operacionales ganan señales que leen estos sensores del mundo real para que se puedan procesar fácilmente siguiendo los componentes del circuito. La baja compensación y deriva de entrada permite realizar mediciones precisas en diferentes condiciones y tiempos. En función de la aplicación, es posible que se desee un bajo nivel de ruido para la integridad de la señal.

Los amplificadores operacionales desempeñan un papel esencial en la preparación de señales para la conversión analógica a digital mediante el almacenamiento en búfer y la amplificación de las entradas al ADC. Para optimizar las lecturas del ADC, los datos que ingresa deben ser limpios y legibles. Los ADC a menudo requieren que las entradas estén dentro de un rango específico y tengan cierta impedancia de tensión; los amplificadores operacionales proporcionan este acondicionamiento de señal.

Se usa un amplificador para aumentar una señal a un nivel legible y su baja impedancia de salida se usa para accionar un ADC. La adaptación de la impedancia evita los efectos de carga en la entrada del ADC y garantiza que la señal no se distorsione. Los ADC suelen requerir una corriente determinada para funcionar, y los amplificadores operacionales tienen la capacidad de producir y mantener este accionamiento de corriente de salida al ADC.