Calculadora de ganancia de OP AMP inversor | Ganancia, Rf, Rin y Vout

Cómo usar la calculadora de OP AMP 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 funciona un operacional inversor

Una etapa con amplificador operacional en configuración inversora produce una salida con polaridad opuesta a la señal de entrada respecto al nodo de referencia. Si 'Rf' es mayor que 'Ri', la magnitud de la ganancia será mayor; si 'Rf' es menor, la etapa atenúa. En la ecuación ideal clásica, una entrada positiva produce una salida negativa. En un circuito real, la salida sigue estando limitada por las tensiones de alimentación, la excursión real de salida, el rango de entrada y la corriente exigida por la carga. Con alimentación simétrica eso es directo; con alimentación simple suele hacer falta una tensión de bias o una referencia virtual para que la señal pueda moverse dentro del margen disponible. La ecuación del operacional inversor es la siguiente:

Una nota práctica: muchos amplificadores operacionales comunes solo pueden entregar o absorber alrededor de 20 mA, y a veces incluso menos según el modelo. Eso basta para señales, pero no para entregar potencia útil a una carga. Si lo que realmente necesitas es una línea de alimentación estable o una salida con más corriente, la calculadora de regulador de voltaje encaja mucho mejor.

Si todavía estás comparando topologías, echa un vistazo a la calculadora de OP AMP no inversor. Y cuando la respuesta en frecuencia empiece a importar, la calculadora de compensador de lazo suele ser la siguiente herramienta útil.

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

Concepto de ganancia en operacionales

La ganancia de un amplificador operacional indica cuánto se amplifica la señal de entrada en la salida. En la configuración inversora, la ganancia depende directamente de la relación entre Rf y Ri. Esta ganancia puede ser mayor o menor que uno en magnitud. Los operacionales en configuración inversora producen un desfase de 180º y se utilizan mucho en filtros activos, sumadores, mezcladores de audio y circuitos de procesado de señal.

Ejemplo #1

Tienes un OP AMP 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] y -15[V], por lo que tienes que modificar la señal o podrías dañar la tarjeta de sonido. Para ello decides usar un OP AMP 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 OP AMPs inversores?
  Los OP AMPs 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 OP AMPs 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.