Hola, si eres nuevo en mi sitio de Amplificadores, quiero que sepas que este post forma parte de un pequeño curso sobre amplificadores operacionales (AO), que estoy creando y que es completamente gratis para ti, hoy toca analizar al Amplificador Sumador, una de las configuraciones más importantes y que no puede faltar en este tutorial.

Y como todo lleva un orden te invito a revisar el post anterior donde:

• Analizamos al amplificador comparador

Bien, comencemos y espero sea de tu agrado y me ayudes a compartir.

Quizá en algún momento hayas escuchado hablar del amplificador operacional restador o diferencial, o el amplificador comparador, y quizá desde el principio dedujiste que, si existe un amplificador operacional restador, existe un amplificador operacional sumador.

Bueno, llego la hora de conocerlo y saber de qué trata esta configuración que realiza sumas a lo loco. ¡Atento!

Imagínate que estás haciendo un experimento de electrónica, y necesitas un voltaje negativo mayor a 5v, es decir, sumar dos voltajes:

• El primer voltaje de 3.3v
• Y el segundo de 1.8v.

Pues aquí es donde el amplificador sumador puede entrar en papel de protagonista, ya que será capaz de sumarte esos voltajes y entregarte en la salida -5.1v, por lo tanto.

¿Qué es el amplificador sumador?

El amplificador sumador se define como un circuito eléctrico, el cual tiene la capacidad de sumar dos señales de entrada, cuyo valor de la suma es entregado a la salida del circuito.

Como ya debes de imaginar y quizá se te haga algo obvio, el circuito está hecho a partir de amplificadores operacionales.

¿Cómo funciona un amplificador sumador?

El principio de funcionamiento es sencillo, se trata de un AO el cual tiene una resistencia de realimentación. Esta configuración consiste de entradas de voltaje por medio de resistencias (pueden ser cualquier número de resistencias, las cuales serán las entradas del voltaje a sumar).

Estas entradas pueden estar conectadas al pin inversor (-) o no inversor (+) del amplificador operacional.

El trabajo que realiza el amplificador en esta configuración es sumar estas múltiples señales de entrada; es decir, añade de manera algebraica dos o más señales de voltaje, permitiendo que la señal de salida sea el resultado de la suma.

Más adelante haremos un ejercicio con lo cual te quedará claro su funcionamiento.

Características del amplificador sumador

Algunas características importantes de este amplificador son las siguientes:

• Puede ser inversor o no inversor (este último lo veremos más adelante).
• Podemos aplicar más de dos entradas de voltaje.
• La mezcla de señales lineales en este amplificador no produce interacción entre las entradas. Es por esto que podemos acomodar en el circuito cualquier número de entradas, sin embargo, debemos añadir resistencias de entrada en el nodo suma.
• Tiene una impedancia de entrada infinita.
• Tiene aplicación tanto en corriente alterna como en corriente directa.
• En el sumador inversor, la salida es de polaridad opuesta a la suma de las señales de entrada.

Desde mi época de estudiante esta configuración es una de las que me ha gustado analizar y por eso he decidido compartir contigo el método de análisis que yo aprendí.

Método general de análisis del amplificador sumador

Excelente, con lo aprendido hasta el momento revisemos como podemos resolver este tipo de circuito en una forma general y después con un ejemplo.

Diagrama general de conexiones del amplificador sumador

• Como puedes observar, tenemos 3 entradas de voltajes, y una más aclarando que pueden ser cuantas entradas queramos (Vn, Rn).
• Puedes también apreciar que el pin no inversor está conectado a tierra con su resistencia de protección (R+), por lo tanto, tiene un valor de voltaje de 0v, cosa que influye demasiado en el funcionamiento del amplificador.

Si se considera un amplificador operacional ideal, podemos establecer que:

V- = V+ = 0

Lo anterior significa que las intensidades que pasan por cada rama son independientes, y a intensidad total que atraviesa la resistencia de realimentación (Rf) es la sumatoria de cada una de las intensidades que pasa en cada rama de entrada.

I = I₁ + I₂ + I₃ + ... + I_n

Fórmula de salida del amplificador sumador

Y nuestra tensión de salida se puede calcular con la siguiente expresión:

No es tanto lio ¿Verdad? Y aun se puede simplificar más. Por ejemplo, si todas las resistencias tienen el mismo valor y son iguales a Rf, la expresión quedaría de la siguiente manera:

V_out = - (V₁ + V₂ + V₃ + ... + V_n)

Ahora, si nuestras entradas están conectadas a una misma fuente de voltaje, es decir, que las entradas tengan la misma tensión, la expresión queda de la siguiente manera:

Recuerda que, en este caso, la salida es la inversa de la suma de las tensiones de entrada.

Fórmulas para calcular las resistencias del amplificador sumador

Mientras tanto, si deseamos diseñar un circuito conociendo previamente el valor de voltaje de salida, también podemos calcular el valor de las resistencias con las siguientes expresiones:

¿Cómo sacar la ganancia de un amplificador sumador?

En esta configuración, cada entrada tiene su propia impedancia de entrada, la cual será la misma resistencia de entrada, la entrada V₂ presentará una impedancia de entrada R₂.

Al combinarse las resistencias de entrada (R_n) con la resistencia de realimentación (R_f), forman un amplificador inversor de corriente continua de ganancia establecida por la siguiente expresión, que se aplica para cada una de las entradas:

Donde:

• Av es la ganancia.
• R_F es la resistencia de realimentación.
• R_n es cada una de las resistencias de entrada.

Si se tratase de un amplificador sumador para corriente alterna (CA), funciona igual que el sumador en corriente directa, sin embargo, se le agrega a las entradas capacitores de acople y en la salida del amplificador un condensador de desacople.

Ejercicio:  diseñar un amplificador sumador

¿Cuál es el valor del voltaje de salida para este circuito sumador?

Muy bien, es realmente sencillo calcular el valor del voltaje de salida (V_out), y es que, si analizamos el circuito, nos podemos percatar de que todas las resistencias son iguales, lo que quiere decir que se ajusta a la siguiente expresión:

V_out = - (V₁ + V₂ + V₃ + ... + V_n)

Sustituimos y calculamos:

Vout = - (3.3v + 4v + 5v)

Vout = -12.3v

Como puedes ver es un circuito que hace mucho con un método de análisis muy sencillo, te invito a que hagas tus propias configuraciones y me escribas, me gustaría saber si este post te ha ayudado.

Aplicaciones del amplificador sumador

• El amplificador sumador es un dispositivo muy flexible al tratarse de aplicaciones donde se tengan que combinar señales.
• Tiene una fuerte aplicación en los mezcladores de audio, en los cuales el amplificador se encarga de sumar varias señales con ganancias iguales.
• Podemos utilizar el amplificador sumador como convertidor de binario a voltaje; solo basta con que se coloquen resistencias desiguales en las entradas.
• Finalmente, también son conocidos por tener la capacidad de aplicar un voltaje de corriente directa (AC) junto con una señal en corriente alterna (CA). Esto se ocupa generalmente en circuitos de modulación.

Videos del amplificador sumador

Excelente, hemos finalizado otro gran capitulo de este pequeño curso de amplificadores, espero que lo estés disfrutando y que me ayudes a compartir para llegar a mas colegas que lo necesiten, nos vemos en el siguiente capitulo, y si ya lo he subido corre a verlo.