Amplificador Operacional Inversor

Esta configuración es una de las más importantes porque en base a esta se pueden elaborar otras configuraciones de los amplificadores operacionales, como la configuración del derivador, integrador y sumador.

Diagrama del circuito

En este circuito, la entrada no inversora está conectada a tierra, el voltaje de entrada está conectado al terminal inversor mediante una resistencia R1, y finalmente la resistencia de retroalimentación Rf está conectada entre la entrada inversora y la salida.

Ten siempre presente que un amplificador inversor invierte la polaridad de la señal de entrada mientras la amplifica.

Fórmula voltaje de salida (Función de transferencia)

Para lograr obtener la fórmula del voltaje de salida primero es necesario conseguir la relación entre la tensión de entrada Vi y la tensión de salida Vo.

Al aplicar la Ley de Corrientes de Kirchhoff (LCK) en el nodo inversor (nodo 1), se obtiene la siguiente expresión:

I_1=I_2

\frac{V_{in}-V_1}{R_1}=\frac{V_1-V_{out}}{R_f}

Pero los voltajes son igual a cero, V1=V2=0, para un amplificador operacional ideal (característica ideal del OpAmp), ya que la terminal no inversora está conectada a tierra, por lo tanto:

\frac{V_{in}}{R_1}=-\frac{V_{out}}{R_f}

Despejando el voltaje de salida:

\large\bold{V_{out}=-\frac{R_f}{R_1}V_{in}}

Ganancia

La ganancia en un OpAmp Inversor no es más que la resistencia de retroalimentación Rf dividida entre la resistencia de entrada R1, lo que significa que la ganancia únicamente depende de los elementos externos conectados al amplificador operacional; en este caso las dos resistencias.

\large\bold{A_v=\frac{V_{out}}{V_{in}}=-\frac{R_{f}}{R_{1}}}

El signo negativo tiene en cuenta que la tensión de salida está desfasada 180° con respecto a la entrada (señal invertida).

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Aplicaciones

Este amplificador tiene muchas ventajas, ya que sigue la retroalimentación llamada negativa. Debido a esto, comparado con las demás configuraciones del amplificador operacional, posee el alto valor de ganancia. Incluso mantiene el mismo potencial de voltaje en ambos terminales. Esto hace que este amplificador se utilice en muchos campos. Algunas de las aplicaciones del amplificador inversor son:

1. Se utiliza como un cambiador de fase, ya que la salida generada está desfasada 180 grados.
2. El amplificador inversor se usa principalmente en circuitos osciladores para satisfacer los criterios de Barkaushen para que se produzcan oscilaciones sostenidas.
3. En cualquier aplicación o prototipo de algún sistema que está diseñado con los sensores, se prefiere usar amplificadores inversores en la etapa de salida.
4. Se puede utilizar prácticamente en las aplicaciones de integración.
5. Se utilizan en aplicaciones donde se debe equilibrar la señal.

Los amplificadores inversores son ampliamente utilizados principalmente cuando se consideran las señales analógicas, por lo tanto, es un buen cambiador de fase con la ganancia máxima. Esto hace que el amplificador sea muy valioso debido a la retroalimentación negativa. Se encuentra entre los amplificadores más utilizados.

¿Cómo armar el circuito de un Amplificador Inversor?

En base al diagrama del amplificador operacional inversor es posible crear un circuito físico para armar en protoboard que servirá para realizar distintas prácticas para comprobar su funcionamiento y sus características.

A continuación se muestra el diagrama de conexión en protoboard de un OpAmp inversor utilizando el amplificador operacional 741, con una ganancia de A = 2 ya que se utilizaron una resistencia Rf de 2k, una resistencia R1 de 1k.

A_v=-\frac{R_{f}}{R_{1}}=-\frac{2k\Omega}{1k\Omega}=\bold{-2}

La ganancia es 2 y el signo negativo indica que la salida está invertida.

Conexión en protoboard

La salida o Vout se encuentra en el pin número 6 del Amplificador Operacional 741

Ventajas y desventajas del Amplificador Inversor

Las ventajas del amplificador inversor son las siguientes:

1. El factor de ganancia de estos amplificadores es muy alto.
2. La salida generada estará desfasada con la señal de entrada aplicada.
3. Los valores potenciales tanto en el terminal inversor como en el no inversor se mantienen en cero.
4. Sigue la retroalimentación negativa.

Las desventajas del amplificador inversor son las siguientes:

1. La ganancia es alta, pero la retroalimentación que se sigue debe mantenerse estable para que sea menos distorsionante.
2. La señal de entrada aplicada no debe contener ruido porque un valor pequeño aplicado puede multiplicar y reflejarse en la salida.

Ejemplos

1.- Diseñe un amplificador inversor con una ganancia de -10 y una resistencia de entrada igual a 10kΩ.

Se han proporcionado los valores de ganancia del amplificador (Av) y resistencia de entrada (R1), y se conoce que la ganancia de un amplificador inversor es: Av = -Rf/R1.

Por lo tanto, para obtener la resistencia de retroalimentación (Rf) simplemente se debe realizar el despeje de la fórmula antes mencionada:

R_f=-A_v R_1

R_f=-(-10) 10k\Omega=\large\bold{100k\Omega}