Amplificador inversor usando tierras virtuales y alimentación de 5V

¿Que pasa si necesitas usar un OPAMP sin usar fuente simétrica? A veces tener una fuente simétrica no es opción y peor aún si sólo disponemos de 5V.

En este artículo analizaremos como podemos amplificar una señal que tiene tanto valores positivos como negativos (CA), como una pudiera ser una señal de audio, utilizando sólo una fuente de 5V.

Vamos a analizarlo por partes, primero, supongamos que la entrada será un voltaje que tendrá una amplitud de 200 mV pico-pico y queremos amplificarlo a 2000mV pico-pico de modo que necesitamos un amplificador de ganancia igual a 10, lo más fácil es utilizar un OPAMP como amplificador inversor.

AmplificadorInversor

La ganancia del amplificador inversor es:

A_{v} = -frac{R_{2}}{R_{1}}

Por lo tanto podemos asignar R2 = 10K y R1 = 1K, ahora el problema radica en que se debe evitar el uso de una fuente simétrica, para esto primero tomaremos en cuenta que usaremos un OPAMP que está diseñado para trabajar con sólo una fuente de voltaje, por ejemplo el LM358 de Texas Instruments:

LM358Datasheet

Luego usaremos una tierra virtual, las tierras virtuales agregarán un voltaje que se encuentra exactamente a la mitad de nuestro voltaje de alimentación y utilizaremos este voltaje como tierra en nuestro circuito, y la tierra será ahora nuestro voltaje negativo.

La tierra virtual será creada con un simple divisor de voltaje y un capacitor, el siguiente paso es hacer un montaje de la señal de entrada sobre DC, esto se logra con un capacitor colocado en serie con la señal. Finalmente el circuito queda de la siguiente manera:

AmplificadorInversorTierraVirtual

R3 y R4 crean el divisor de voltaje, para la tierra virtual y C2 hace que ese voltaje sea estable. C1 sirve para montar la señal de entrada sobre la tierra virtual.

Asignando valores R3 y R4 deben iguales y preferentemente grandes para disminuir el consumo de corriente. C2 puede tener un valor pequeño para que el capacitor físicamente no ocupe mucho espacio. R2 y R1 son los valores que definen la ganancia de acuerdo a la ecuación presentada anteriormente. Y finalmente C1 debe tener un valor suficientemente grande para que pueda considerarse un corto circuito para la señal de entrada, a continuación se proponen los siguientes valores para el circuito:

AmplificadorInversorTierraVirtualValores

La tierra virtual utilizada es pequeña y funciona correctamente gracias a que la corriente de entrada de la entrada no inversora del OPAMP es cero, pero esta tierra virtual no funciona si se le coloca con una carga que tiene un consumo diferente de cero, necesitará un búfer, en el siguiente artículo se mostrará un circuito de tierra virtual con búfer y su aplicación en un amplificador no inversor y en un diodo ideal.

También es importante recalcar que el LM358 no puede dar a la salida un voltaje de 0V a 5V, se trendrá un margen hacia arriba y hacia abajo, si necesitamos ocupar todo el rango de voltaje de 0 a 5V se necesita un OPAMP que además de poder trabajar con sólo una fuente de voltaje también sea Rail to Rail.

Fuente: A Single-Supply Op-Amp Circuit Collection, Texas Instruments

2 comentarios sobre “Amplificador inversor usando tierras virtuales y alimentación de 5V

  1. se ve interesante pero realmente tienes detalles uno de ellos es que eliminas la componente de DC y es acoplamiento de CA mediante el capacitor. el capacitor funciona en corto circuito ? mm en CA lo dudo mucho teoricamente tienes una reactancia que limitara la respuesta en frecuencia. hechale un ojo a los libros sobre operacionales .
    Saludos cordiales

    Me gusta

  2. Gracias por tu comentario. Precisamente este diseño está pensado en una señal de entrada que no tiene componente de DC, si tiene componentes de DC se agrega al final otro montaje sobre ese otro nivel de DC. El capacitor en serie está propuesto para estar prácticamente en corto circuito a partir de cierta frecuencia (En su análisis en DC está en circuito abierto), se propone un capacitor grande para que la impedancia del capacitor sea relativamente pequeño (de unos cuantos ohms) y pueda aproximarse a un corto circuito, no es puramente un corto circuito pero se puede aproximar lo suficiente.¡Saludos!

    Me gusta

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s