Mostra la font per a Aplicacions típiques d'amplificador operacional


Aquest article il·lustra algunes '''aplicacions típiques d'amplificador operacional'''. Els amplificadors operacionals estan optimitzats per utilitzar-los amb [[retroalimentació negativa]] i aquest article tracta només les aplicacions de retroalimentació negativa. Quan es requereix una retroalimentació positiva, un [[comparador]] sol ser més adequat. Consulteu [[Comparator applications|Aplicacions de comparació]] per obtenir més informació.<ref>{{Ref-web|títol=Applications of Op Amp {{!}} Electrical4U|url=https://www.electrical4u.com/applications-of-op-amp/|data=2024-06-26|consulta=2025-02-09|llengua=en-US}}</ref>

== Consideracions pràctiques ==
En aquest article, s'utilitza una notació esquemàtica simplificada que ignora detalls com ara la selecció de dispositius i les connexions d'alimentació. Propietats no ideals (com les que es mostren a la Fig.&nbsp;1) s'ignoren.<ref name="Ref">{{Ref-web|url=https://www.ti.com/lit/an/sboa092b/sboa092b.pdf|títol=HANDBOOK OF OPERATIONAL AMPLIFIER
APPLICATIONS|consulta=9-2-2025|llengua=anglès}}</ref>
[[Fitxer:Op-Amp_Internal.svg|miniatura|250x250px|Fig.&nbsp;1: un circuit equivalent d'un amplificador operacional que modela alguns paràmetres no ideals mitjançant resistències. Un amplificador operacional real té una impedància d'entrada finita <math>R_\text{in}</math>, una impedància de sortida diferent de zero <math>R_\text{out}</math>, i un guany finit <math>G</math>.]]

=== Requisits dels paràmetres dels amplificadors operacionals ===
Perquè un dispositiu concret es pugui utilitzar en una aplicació, ha de complir uns requisits. L'amplificador operacional ha de

* tenen un gran guany de senyal de bucle obert (s'obté un guany de tensió de 200.000 en els primers exemples de circuits integrats) i
* tenen una impedància d'entrada gran respecte als valors presents a la xarxa de retroalimentació.

Amb aquests requisits satisfets, es pot utilitzar el mètode de [[Virtual ground|terra virtual]] per comprendre de manera ràpida i intuïtiva el comportament dels circuits de l'amplificador operatiu.

== Amplificadors ==
El primer exemple és l'amplificador diferencial, del qual es poden derivar moltes de les altres aplicacions, incloent l'amplificador [[Operational amplifier applications#Inverting amplifier|inversor]], [[Operational amplifier applications#Non-inverting amplifier configuration|no inversor]] i [[Summing amplifier|sumador]], el [[Operational amplifier applications#Voltage follower|seguidor de tensió]], [[Operational amplifier applications#Inverting integrator|l'integrador]], [[Operational amplifier applications#Inverting differentiator|el diferenciador]] i [[Operational amplifier applications#Inductance gyrator|el girador]].<ref name="Ref"/>

=== Amplificador diferencial (amplificador diferencial) ===
[[Fitxer:Op-Amp_Differential_Amplifier.svg|alt=Amplificador diferencial (amplificador diferencial)|marc|Amplificador diferencial (amplificador diferencial)]]
Amplifica la diferència de tensió entre les seves entrades.

El circuit mostrat calcula la [[Resta|diferència]] de dos voltatges, multiplicada per algun factor de guany. La tensió de sortida

<math>V_\text{out} = \frac{\left( R_\text{f} + R_1 \right) R_\text{g}}{\left( R_\text{g} + R_2 \right) R_1} V_2 - \frac{R_\text{f}}{R_1} V_1 = \left( \frac{R_1 + R_\text{f}}{R_1} \right) \cdot \left( \frac{R_\text{g}}{R_\text{g} + R_2} \right) V_2 - \frac{R_\text{f}}{R_1} V_1. </math>

=== Amplificador inversor ===
[[Fitxer:Op-Amp_Inverting_Amplifier.svg|marc|Amplificador inversor]]
Un amplificador inversor és un cas especial de l'[[amplificador diferencial]] en què l'entrada no inversora ''V'' <sub>2</sub> d'aquest circuit està connectada a terra, i l'entrada inversora ''V''<sub>1</sub> s'identifica amb ''V''<sub>a</sub> dalt. El guany de llaç tancat és ''R''<sub>f</sub> / ''R''<sub>en</sub>, per tant

<math>V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}} V_{\text{in}}\!\,</math>

=== Amplificador no inversor ===
[[Fitxer:Op-Amp_Non-Inverting_Amplifier.svg|marc|Amplificador no inversor]]
Un amplificador no inversor és un cas especial de l'[[amplificador diferencial]] en què l'entrada inversora ''V'' <sub>1</sub> d'aquest circuit està connectada a terra, i l'entrada no inversora ''V'' <sub>2</sub> s'identifica amb ''V'' <sub>a</sub> dalt, amb ''R'' <sub>1</sub> ≫ ''R'' <sub>2</sub>. En referència al circuit immediatament anterior,

<math>V_{\text{out}} = \left(1 + \frac{ R_{\text{2}} }{ R_{\text{1}} } \right) V_{\text{in}}\!\,</math>

=== Seguidor de voltatge (amplificador de memòria intermèdia d'unitat) ===
[[Fitxer:Op-Amp_Unity-Gain_Buffer.svg|marc|Seguidor de voltatge]]
S'utilitza com a [[Amplificador seguidor|amplificador de memòria intermèdia]] per eliminar els efectes de càrrega (p. ex., connectar un dispositiu amb una [[Impedància de sortida|impedància de]] [[Impedància de sortida|sortida]] alta a un dispositiu amb una [[impedància d'entrada]] baixa).

=== Seguidor de voltatge ===
[[Fitxer:Op-Amp_Summing_Amplifier.svg|marc|Amplificador d'instrumentació]]
Un amplificador sumador produeix el negatiu de la suma de diverses tensions (ponderades):

<math> V_{\text{out}} = -R_{\text{f}} \left( \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \cdots + \frac{V_n}{R_n} \right) </math>

=== Amplificador d'instrumentació ===
[[Fitxer:Op-Amp_Instrumentation_Amplifier.svg|miniatura|270x270px|Amplificador d'instrumentació]]
Combina [[Impedància d'entrada|una impedància d'entrada]] molt alta, un alt [[Relació de rebuig en mode comú|rebuig en mode comú]], una baixa [[DC offset|compensació de CC]] i altres propietats utilitzades per fer mesures molt precises i de baix soroll.

== Oscil·ladors ==
=== Oscil·lador del pont Wien ===
[[Fitxer:Wien_bridge_classic_osc.svg|miniatura|267x267px|Oscil·lador del pont Wien]]
Produeix una [[Sinusoide|ona sinusoïdal]] de molt baixa distorsió. Utilitza compensació de temperatura negativa en forma de bombeta o díode.

== Filtres ==
Els amplificadors operacionals es poden utilitzar en la construcció de [[Filtre actiu|filtres actius]], proporcionant funcions de pas alt, pas baix, passa banda, rebuig i retard. L'alta impedància d'entrada i el guany d'un amplificador operacional permeten un càlcul senzill dels valors dels elements, permetent una implementació precisa de qualsevol topologia de filtre desitjada amb poca preocupació pels efectes de càrrega de les etapes del filtre o de les etapes posteriors. Tanmateix, les freqüències a les quals es poden implementar filtres actius són limitades; quan el comportament dels amplificadors s'allunya significativament del comportament ideal assumit en el disseny elemental dels filtres, el rendiment del filtre es degrada.

== Comparador ==
[[Fitxer:Op-Amp_Comparator.svg|marc|Comparador]]
Si cal, un amplificador operacional es pot forçar a actuar com a comparador. La diferència més petita entre les tensions d'entrada s'amplificarà enormement, fent que la sortida oscil·li a gairebé la tensió d'alimentació. No obstant això, normalment és millor utilitzar un comparador dedicat per a aquest propòsit, ja que la seva sortida té una velocitat d'orientació més alta i pot arribar a qualsevol dels carrils d'alimentació. Alguns amplificadors operacionals tenen díodes de fixació a l'entrada que impedeixen l'ús com a comparador.<ref>{{Ref-web|url=http://e2e.ti.com/blogs_/archives/b/thesignal/archive/2012/03/14/op-amps-used-as-comparators-is-it-okay.aspx|títol=Op Amps used as Comparators—is it okay? - the Signal - Archives - TI E2E support forums}}</ref>

== Integració i diferenciació ==
=== Integrador inversor ===
[[Fitxer:Op-Amp_Integrating_Amplifier.svg|marc|Integrador inversor]]
L'integrador s'utilitza principalment en [[Computador analògic|ordinadors analògics]], [[Convertidor analògic-digital|convertidors d'analògic a digital]] i circuits de conformació d'ona. Una versió senzilla és:

Suposant elements ideals, [[Integració|integra]] el senyal d'entrada (multiplicat per <math>-\tfrac{1}{RC}</math>) durant un interval de temps de ''t''<sub>0</sub> a ''t''<sub>1</sub>, donant una tensió de sortida en el temps ''t'' = ''t''<sub>1</sub> de:

<math>V_\text{out}(t_1) = V_\text{out}(t_0) - \frac{1}{RC} \int_{t_0}^{t_1} V_\text{in}(t) \,dt,</math>

on ''V''<sub>out</sub>(''t''<sub>0</sub>) és la tensió inicial del condensador en el temps ''t''=''t''<sub>0</sub>.

=== Diferenciador inversor ===
[[Fitxer:Op-Amp_Differentiating_Amplifier.svg|marc|Diferenciador inversor]]
Suposant elements ideals, aquest circuit [[Derivada|diferencia]] el senyal (multiplicat per <math>-RC</math>) amb el temps:

<math>V_\text{out} = -RC \frac{dV_\text{in}}{dt},</math>

on <math>V_\text{in}</math> i <math>V_\text{out}</math> són funcions del temps.

== Elements sintètics ==
=== Girador d'inductància ===
[[Fitxer:Op-Amp_Gyrator.svg|miniatura|247x247px|Girador d'inductància]]
Simula un [[inductor]] (és a dir, proporciona [[inductància]] sense l'ús d'un inductor possiblement costós). El circuit aprofita el fet que el corrent que flueix per un condensador es comporta al llarg del temps com la tensió a través d'un inductor. El condensador utilitzat en aquest circuit és geomètricament més petit que l'inductor que simula, i la seva capacitat està menys subjecta a canvis de valor a causa dels canvis ambientals. Les aplicacions on aquest circuit pot ser superior a un inductor físic són la simulació d'una inductància variable o la simulació d'una inductància molt gran.

=== Convertidor d'impedància negativa (NIC) ===
[[Fitxer:Op-Amp_Negative_Impedance_Converter.svg|miniatura|228x228px|Convertidor d'impedància negativa (NIC)]]
Crea una [[Resistència elèctrica (component)|resistència]] amb un valor negatiu per a qualsevol generador de senyal.

En aquest cas, la relació entre la tensió d'entrada i el corrent d'entrada (per tant, la resistència d'entrada) ve donada per

<math>R_\text{in} = -R_3 \frac{R_1}{R_2}.</math>

En general, els components <math>R_1</math>, <math>R_2</math>, i <math>R_3</math> no necessiten resistències; poden ser qualsevol component que es pugui descriure amb una [[impedància]].

== Referències ==
{{Referències}}

[[Categoria:Amplificadors electrònics]]