Amplificador Operacional No Inversor

Aunque en muchos casos se prefiere utilizar el amplificador inversor, este tiene dos inconvenientes:

En primer lugar, la salida obtenida en la etapa final es invertida.

La obtención de una salida invertida requiere que se conecte cualquier otra configuración para invertir la salida nuevamente.

El segundo inconveniente, que es el más importante, es que la impedancia en la entrada depende de la resistencia conectada a la entrada.

Es por esto que, dependiendo de la aplicación, el Amplificador No Inversor llega a ser una mejor opción sobre el Amplificador Inversor.

Diagrama del circuito

El circuito diseñado para un amplificador no inversor consiste en una señal de entrada a amplificar que está conectada al terminal no inversor (+) del amplificador operacional. La salida obtenida de este circuito es no invertida.

Este amplificador tiene una retroalimentación hacia la terminal inversora (-) a través de una resistencia. Además, otra resistencia está conectada al mismo terminal inversor para conectarlo a tierra.

Un amplificador no inversor, como su nombre lo indica, la señal de salida no está invertida respecto a la entrada.

Fórmula voltaje de salida

Para lograr obtener la fórmula del voltaje de salida primero se necesita 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), queda la siguiente expresión:

I_1=I_2

\frac{0-V_1}{R_1}=\frac{V_1-V_{out}}{R_f}

Pero el voltaje 1 es igual al voltaje 2 y al voltaje de entrada (V1=V2=Vin) para un amplificador operacional ideal (característica ideal del OpAmp), así que, sustituyendo Vin en V1 la ecuación se convierte en:

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

Despejando el voltaje de salida se obtiene:

\large\bold{V_{out}=\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)V_{in}}

Ganancia

En el circuito de un Amplificador No Inversor, la ganancia general depende de las dos resistencias que son responsables de la conexión de retroalimentación (R1 y Rf). De esta manera, determinar la ganancia para este tipo de amplificadores es muy simple y fácil.

La ganancia es la relación entre las relaciones de los valores de salida a los valores de entrada de las señales aplicadas:

A_v=\frac{V_{out}}{V_{in}}=\frac{R_{1}+R_{f}}{R_{1}}

\large\bold{A_v=1+\frac{R_{f}}{R_{1}}}

Entonces, la ganancia del amplificador operacional No inversor:

1. No puede ser menor que 1 (ganancia unitaria).
2. Además, será positiva y nunca puede estar en forma negativa.
3. Depende directamente de la relación de Rf y R1.

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Aplicaciones

Las aplicaciones de los amplificadores no inversores son las siguientes:

1. Se utiliza en circuitos que requieren una alta impedancia de entrada con una señal de salida no invertida.
2. Para aislar los respectivos circuitos en cascada que se usen.
3. Cuando se consideran ganancias variables se utilizan estos amplificadores.

Estos amplificadores tienen varias aplicaciones en términos de los valores muy altos de impedancia de entrada. Los amplificadores no inversores poseen un valor de ganancia unitario y tiene muchas características válidas en términos de retroalimentación negativa aplicada. Ya que su salida tiene un valor mínimo o cero de resistencia la unión o conexión con otros circuitos se vuelve más fácil. Y la separación de los circuitos en cascada se vuelve más simple.

¿Cómo armar el circuito de un Amplificador No Inversor?

Basados en el diagrama ya visto del amplificador operacional no inversor, es posible crear un circuito físico para armar en protoboard que servirá para realizar distintas prácticas y así poder tener una demostración de funcionamiento y algunas de sus características.

En la siguiente imagen se muestra el diagrama de conexión en protoboard de un OpAmp no inversor utilizando un OpAmp 741, con una ganancia de A = 3 ya que se utilizaron una resistencia Rf de 2k ohms, y una resistencia R1 de 1k ohms.

A_v=1+\frac{R_{f}}{R_{1}}=1+\frac{2k\Omega}{1k\Omega}=\bold{3}

Conexión en protoboard

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

Ventajas y desventajas del Amplificador No Inversor

Las ventajas del amplificador No inversor son las siguientes:

1. La señal de salida se obtiene sin inversión de fase.
2. El valor de impedancia de la entrada en el amplificador no inversor es alto en comparación con el valor de impedancia de la entrada en el amplificador inversor.
3. La ganancia de voltaje en este amplificador es variable.
4. Se puede obtener una mejor adaptación de la impedancia con estos amplificadores.
5. Tiene una ganancia de voltaje positiva.

Las desventajas del amplificador No inversor son las siguientes:

1. Se utilizan más etapas en función del requisito de lograr la ganancia deseada.
2. En base a los respectivos amplificadores elegidos, la entrada y la resistencia de salida varían.

Ejercicios resueltos

1.- Diseñe un amplificador no inversor con una ganancia 3, una entrada de voltaje de 2V y una resistencia de entrada igual a 1.2kΩ.

Se diseñará un circuito de amplificador operacional no inversor que producirá una ganancia de voltaje 3x en la salida comparando el voltaje de entrada.

Se han proporcionado los valores de ganancia del amplificador (Av), voltaje de entrada (Vin) y resistencia de entrada (R1), y ya conoces que la ganancia de un amplificador inversor es: Av = 1+Rf/R1.

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

A_v=1+\frac{R_{f}}{R_{1}}

A_v=\frac{R_1+R_{f}}{R_{1}}

R_f=A_v R_1-R_1

R_f=3.6k\Omega-1.2k\Omega=\large\bold{2.4k\Omega}

Ahora para calcular el voltaje de salida después de la amplificación simplemente se utiliza la fórmula de voltaje de salida:

V_{out}=\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)V_{in}

V_{out}=\left(1+\frac{2.4k\Omega}{1.2k\Omega}\right)2V=\large\bold{6V}

Otra forma de sacar el voltaje de salida es despejando Vout de la fórmula de ganancia.

A_v=\frac{V_{out}}{V_{in}}

3=\frac{V_{out}}{2V}

V_{out}=3*2V=\large\bold{6V}