El Amplificador Inversor, ¿Qué es? Características y ejemplos

El Amplificador Inversor, ¿Qué es? Características y ejemplos
Juan Carlos G2020-06-11

Hola, es un gusto tenerte en este nuevo post de nuestro mini curso de Amplificadores Operacionales. Como sabes, este componente tiene diversas configuraciones, las cuales tienen aplicaciones específicas dentro del campo de la electrónica y electricidad, y es importante que conozcas al amplificador inversor, el cual, es una de las configuraciones más importantes de este componente.

Si has seguido estos pequeños tutoriales espero que te estén gustando y me ayudes a compartirlos para ayudar a mas colegas.

 

 

¿Qué es el amplificador inversor?

Este tipo de configuración se puede explicar fácilmente, ya que precisamente recibe este nombre gracias al resultado que entrega: la señal de salida es inversa a la entrada.

 

¿Cómo funciona el amplificador inversor?

Esta configuración consta de 3 resistencias:

  • Una resistencia de realimentación
  • Y una en cada entrada del inversor.

El principio de funcionamiento es sencillo:

  • Se aplica una señal en el pin inversor o negativo del amplificador.
  • Mientras que el pin no inversor o positivo del amplificador es llevado a tierra o a negativo.

Esta señal de entrada es invertida y se le confiere una ganancia que puede ser menor, igual o mayor a 1; depende también de los valores que las resistencias poseen.

 

Características del Amp Op inversor

Algunas de sus principales características son las siguientes:

  • Presenta una configuración de tipo lazo cerrado, lo cual se ve en la resistencia de realimentación negativa.
  • La impedancia de entrada es de valor pequeño (idealmente nula) debido a la realimentación que presenta el circuito.
  • La impedancia de salida, en cambio, es mucho mayor en comparación con la impedancia de entrada.
  • La ganancia puede ser mayor, igual o menor a uno.
  • El amplificador operacional en configuración inversor si tiene una ganancia inferior a uno, puede utilizarse como mezclador.
  • Es esencial es otras configuraciones como el sumador inversor y el amplificador integrador.

 

Método general de análisis del inversor

Dado que mi objetivo es que al terminar este post te conviertas en un master respecto a la configuración inversor, veremos formulas y la solución general de este circuito.

 

Diagrama general de conexión

Diagrama general del amplificador inversor

 

Este es el diagrama general de conexión de un amplificador inversor. Como puedes ver, tiene 3 resistencias:

  • Una de ellas es la resistencia de realimentación negativa (RF).
  • Mientras que R1 está conectada a la entrada del amplificador en el pin inversor.
  • Por último, conectamos la resistencia 2 a tierra, la cual es parte del pin no inversor del amplificador.

Para conocer como calcular cada elemento, sobre todo el voltaje de salida, debemos analizar el comportamiento de la corriente y el voltaje del circuito, ya que esto nos permitirá identificar la influencia de estas dos variables en las entradas y salidas del circuito.

Gracias a las características básicas del amplificador operacional, aquí podemos establecer las siguientes expresiones:

 

Ix = 0

Yy = 0

Vx = Vy

Pero el voltaje en las ramas de las entradas del amplificador es igual a 0, por lo tanto…

Vy = 0

Vx = 0

Al plantear esto, podemos igualar las intensidades, obteniendo lo siguiente:

Formula de la intensidad de corriente en un amplificador inversor

Sin embargo, Vx es igual a cero, por lo tanto…

Desarrollando la formula de corriente en un ampop inversorPero, como Ix es igual a cero y I1 = I2, la expresión resultante es la siguiente:

Formulas desarrolladas del amplificador inversor

Formula del voltaje de salida del amplificador inversor

Despejando el voltaje de salida (Vout) obtenemos finalmente la siguiente expresión:

Formula del voltaje de salida en un amplificador inversor

Formula de la ganancia en un amplificador inversor

Muy bonita y todo, pero ¿Qué nos dice? La expresión anterior nos indica que la tensión de salida es el voltaje de entrada (Vi) multiplicada por una ganancia, la cual esta representada por la relación de R1 y RF. El signo negativo de la expresión indica la inversión de fase entre la entrada y la salida.

Formula de la ganancia en un amplificador inversor

Impedancia de salida

La impedancia de salida, como te había dicho anteriormente, tiene un valor muy pequeño e idealmente es nulo. Viene representada por la siguiente expresión:

Formula de la impedancia de salida en un amplificador inversor

Impedancia de entrada

Una característica de esta configuración es que R1 se convierte en la impedancia de entrada al circuito, tal y como indica la siguiente expreción:

Formula de la impedancia de entrada amplificador inversor

Si deseamos calcular la resistencia de entrada (la que está en conexión con el pin inversor) podemos hacerlo con la siguiente expresión.

Formula de R1 del amplificador InversorSi deseas calcular el valor de la resistencia de protección (R3), puedes aplicar la siguiente expresión:

Formula para calcular R3 en un amplificador inversor

Excelente, ya conoces al A.O. Inversor en una forma general, ya podrías diseñar cualquier configuración de resistencias según los requerimientos que tengas, no obstante, en el apartado siguiente haremos un ejemplo para que todo esto quede lo más claro posible.

 

Ejercicio de amplificador inversor

Lo que haremos a continuación, es diseñar un amplificador inversor con algunas características, utilizando algunas expresiones que hemos visto anteriormente.

El circuito a diseñar tiene una ganancia (A) de -5, Vi de 0.5v y una resistencia de entrada de 2k. Lo que tenemos que encontrar es la resistencia de realimentación y posteriormente la resistencia 3.

  • Recordamos la expresión de la ganancia (A)

Formula de la ganancia en un amplificador inversorPero, como ya conocemos el valor de la ganancia (-5) y el valor de la resistencia de entrada R1 (2KΩ), lo único que debemos realizar es despejar RF y sustituir valores. Vamos allá.

Despejando la resistencia RF en el ampop inversorRF = - Av * R1

RF = -(-5)(2 kΩ)

RF = 10 kΩ

Teniendo ya el valor de la resistencia de realimentación, podemos obtener R3:

Calculo de la resistencia R3 en un ampop inversorR3 = 1.6 kΩ

 

Resultado ejercicio Amp Op inversor

En la siguiente imagen te dejo el valor de cada resistencia que hemos encontrado durante el desarrollo de este ejemplo, espero te haya sido muy útil y hayas comprendido cada punto del ejercicio.

Diagrama con la solución del calculo de resistencias del amplificador inversor

 

Señal de salida vs señal de entrada en un amplificador inversor

Si metemos la salida a un osciloscopio veríamos las siguientes señales a la salida del inversor. Las señales de entrada (amarillo) y de salida (azul) se ven de la siguiente manera: 

Señal de salida y entrada de un amplificador inversor

 

Aplicaciones del amplificador inversor

Gracias a las características y ventajas que el amplificador inversor tiene, como su realimentación negativa y sus valores de ganancia, es apto para aplicarse cuando se necesita realizar un cambio de fase, ya que la salida que presenta el amplificador está desfasada 180°.

Dentro de los circuitos osciladores, se utilizan en demasía este tipo de amplificadores, ya que son capaces de producir oscilaciones sostenidas.

También son capaces de equilibrar cualquier señal, es por eso que son ideales en aplicaciones de la electrónica analógica.

Excelente has llegado al final y estoy orgulloso de ti, espero estés aprendiendo mucho con este mini curso de A.O que he hecho con mucho gusto, revisa cada configuración y practica todos los días para convertirte en el mejor.

Por favor, déjame una calificación y comparte para que llegue a mas electrónicos que lo necesitan. 

 


Juan Carlos G

Desarrollador de sistemas de rastreo satelital

Hola, sean bienvenidos todos a Amplificadores.info, he creado este blog donde intentare enseñar todo lo que se sobre la amplificación de señales, lo hare tal y como lo aprendí mientras estudiaba Ingeniería eléctrica electrónica en la UNAM. Espero les guste, ya que, mi objetivo es aportar mi granito de arena en las nuevas generaciones.

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