Calculadora de ganancia de amplificador operacional inversor

Cómo usar la calculadora de amplificador operacional inversor

Para usar la calculadora de OP-AMP introduce tres valores. Automáticamente se calculará el campo en blanco. Si rellenas los cuatro campos, se recalculará el último valor calculado. Puedes modificar las unidades usando los selectores.

Cómo usar un amplificador operacional (OPAMP) inversor

Un amplificador operacional (también llamado OPAMP) inversor permite conseguir una tensión a la salida mayor o menor que la de la entrada. Si 'Rf' es mayor que 'Ri', la tensión a la salida será mayor. Si sucede lo contrario, la tensión a la salida será menor. Una cosa importante a tener en cuenta es que la tensión de salida tiene signo cambiado respecto al de la entrada. Si la entrada es positiva, la salida será negativa y al revés. La tensión de salida del OPAMP en configuración inversora está limitada solamente por las tensiones de alimentación. Por ejemplo, si el OPAMP está alimentado a 12[V] y tu tensión de entrada es de 3[V], ajustando las resistencias puedes conseguir cualquier valor entre 0[V] y 12[V]. La limitación que tienen los OPAMPs es que no pueden entregar demasiada corriente. Lo más común es que su rating máximo esté en 10-30 mA. Por tanto, son útiles para alimentar circuitos de poco consumo. Si necesitas gestionar potencias más elevadas, puedes usar reguladores lineales o fuentes de alimentación conmutadas (convertidores DC/DC). Naturalmente, también puedes usar corriente alterna (AC) a la entrada del operacional. La ecuación del OPAMP inversor es la siguiente:

$$V_{out} = -V_{in}\cdot\left(\dfrac{R_f}{R_i}\right)$$

Concepto de Ganancia en los OPAMPs

La ganancia de un amplificador operacional indica cuánto amplifica el OPAMP la señal de la entrada. En la configuración inversora, la ganancia depende directamente de la relación entre Rf y Ri. Esta ganancia puede ser mayor o menor que uno (esto no es así para el OPAMP no inversor). Los amplificadores operacionales en configuración inversora producen un cambio de fase de 180º. Se utilizan comúnmente en filtros activos, mezcladores de audio y circuitos de procesamiento de señal.

Ejemplo #1

Tienes un OPAMP en configuración inversora con 5[V] a la entrada. 'Rin' es 2k[Ω] y 'Rf' tiene un valor de 4k[Ω]. ¿Cuál será el valor de 'Vout'?

• Para calcular la tensión de salida usamos la ecuación previa y substituimos valores: $$V_{out} = -V_{in}\cdot\left(\dfrac{R_f}{R_i}\right) = $$
  $$= -5\cdot\left(\dfrac{4000}{2000}\right) = -10[V]$$

Ejemplo #2

Quieres grabar el audio de un micrófono en el PC. Tu tarjeta de sonido acepta tensiones entre +5[V] y -5[V], pero la señal de salida de tu micrófono se mueve entre +15[V] and -15[V], por lo que tienes que modificar la señal o podrías dañar la tarjeta de sonido. Para ello decides usar un OPAMP en configuración inversora. Es necesario que dividas la señal del micrófono entre tres. ¿Qué configuración de resistencias usas?

• Podemos fijar una de las dos resistencias a un valor que nos sea conveniente y calcular la otra. Por ejemplo, fijaremos 'Rin' a 6k[Ω]. Posteriormente despejamos 'Rf' de la ecuación y substituimos: $$R_f = R_i\cdot\left(\dfrac{-V_{out}}{V_{in}}\right)= $$ $$= 6000\cdot\left(\dfrac{-(-5)}{15}\right)= 2K[Ω]$$
• Fíjate que 'Vout' sale invertida debido a la configuración inversora del amplificador operacional. Junto al '-' de la ecuación, acabamos obteniendo una resistencia de valor positivo.

Preguntas Frecuentes

• ¿Por qué el voltaje de salida es negativo?
  Un amplificador inversor invierte la polaridad de la señal de entrada 180 grados. Si la entrada es positiva, la salida es negativa, y viceversa. Importante: las tensiones de alimentación deben ser suficientes (suficientemente negativa) para permitir que la salida alcance la tensión negativa deseada.
• ¿Puede la ganancia ser menor que 1?
  Sí, si la resistencia de realimentación (Rf) es menor que la resistencia de entrada (Rin), la ganancia será menor que 1 (atenuación).
• ¿Qué determina la impedancia de entrada?
  La impedancia de entrada está determinada principalmente por la resistencia de entrada (Rin), ya que el terminal inversor actúa como una tierra virtual. Esto es cierto siempre que el amplificador operacional esté funcionando dentro de su rango lineal (no saturado).
• ¿Cuáles son las aplicaciones comunes de los OPAMPs inversores?
  Los OPAMPs inversores se utilizan comúnmente en aplicaciones de procesamiento de señales, como filtros activos, mezcladores de audio y amplificadores de instrumentación debido a su capacidad para proporcionar un control preciso de la ganancia. Con los amplificadores operacionales inversores, los diseñadores pueden implementar fácilmente funciones como amplificadores sumadores e integradores, lo que los convierte en componentes versátiles en el diseño de circuitos analógicos.