01 · Punto de partida
Amplifica 100 000 veces (y por eso necesita ayuda)
Un operacional multiplica la diferencia de sus entradas por ~100 000. Con 10 µV de diferencia ya intenta dar 1 V; con 1 mV quiere dar 100 V y choca contra su alimentación. Esa bestia solo es útil domesticada con realimentación (Tema 15): el modelo ideal describe a la bestia mansa.
Este tema presenta símbolo, patas, reglas de oro y techos. Los circuitos vienen después.
- ¿Qué patas importan y cuáles se ignoran?
- ¿Cuáles son las 3 reglas de oro?
- ¿Por qué la salida no pasa de cierto valor?
- ¿Dual o simple: qué cambia?
02 · Símbolo y patas
Triángulo con 5 que importan
| Pata | Nombre | Rol |
|---|---|---|
| − (arriba) | Entrada inversora | Subirla baja la salida |
| + (abajo) | Entrada no inversora | Subirla sube la salida |
| ▷ punta | Salida | Vout = A×(V+ − V−), entre rieles |
| V+ / V− | Alimentación | Energía + techo (ej. ±9 V o 5/0 V) |
El resto (offset null, NC, compensación) se ignora en este curso: existen en la hoja, no en tus montajes. Modelos del curso: LM358 (dual, simple 5 V, barato) y mención al clásico 741.
03 · Reglas de oro
Las 3 que resuelven todo
Ganancia infinita
A → ∞ en el modelo: cualquier diferencia, por mínima que sea, la salida la lleva al techo si no hay realimentación.
Corriente nula
Entradas no toman corriente (ideal): no cargan divisores ni sensores. En la realidad, nA–µA (bias, Tema 21).
V+ = V−
Con realimentación negativa, la salida hace lo necesario para igualarlas (“corto virtual”): de acá sale todo el análisis.
04 · Rieles
El techo de la alimentación
Fuente partida ±9 V
Salida ±7,5 V típica
Clásica de laboratorio: señales positivas y negativas cómodas. Dos fuentes o divisor con buffer.
Fuente simple 5 V
Salida ~0,5–3,5 V (LM358)
No llega a rieles (salvo rail-to-rail, Tema 22): diseñar dentro de la ventana útil, no de 0–5.
- Saturación alta/baja
- Salida pegada al techo superior/inferior: el op-amp “grita” al máximo. En comparadores es lo buscado (Tema 20).
- Rail-to-rail (idea)
- Llega casi a los rieles (mV): ideal con fuente simple. Cuesta más; se elige cuando el rango lo exige (Tema 22).
- Sin alimentación no hay nada
- Op-amp sin V+/V− es un plástico con patas: alimentar primero, señal después. Error clásico n.º 1.
- Desacople pegado
- 100 nF entre V+ y GND junto al chip (Tema 12, curso 3): sin él oscila o mete ruido propio.
05 · Modelo en código
Bestia con techo
Modelo Vout = A×Vd con saturación a rieles: muestra por qué sin realimentación todo satura.
Python en tu navegador. Mové diferencias de µV y mirá el techo.
def opamp(v_mas, v_menos, A=100000, riel_pos=7.5, riel_neg=-7.5):
v = A * (v_mas - v_menos)
vout = min(max(v, riel_neg), riel_pos)
estado = "LINEAL?!" if riel_neg < vout < riel_pos else "SATURADO"
print(f"Vd={(v_mas-v_menos)*1e6:+.0f}uV -> Vout={vout:+.2f}V [{estado}]")
return vout
opamp(2.51, 2.50)
opamp(2.50001, 2.50)
opamp(2.50, 2.51)10 µV ya saturan: ¿qué diferencia máxima admite en lineal con rieles ±7,5 V? (Pista: 15/100000.)
Rieles simples 5 V
Mismo modelo con techo LM358 (0,5 a 3,5 V):
def opamp5(v_mas, v_menos):
return opamp(v_mas, v_menos, riel_pos=3.5, riel_neg=0.5)
opamp5(2.0, 1.0)
opamp5(1.0, 2.0)
opamp5(2.5001, 2.5)06 · Analogía programador
Comparador con ganancia brutal
- 1Ganancia = amplificación.
Como un
diff × 100000: cualquier desbalance satura la salida. Sin control es inútil. - 2Rieles = clamp.
Salida recortada al rango útil: saturación aritmética con patas (igual que BJT).
- 3Reglas = contrato.
I in = 0 y V+ = V− son precondiciones del análisis: si el circuito las viola, el modelo no aplica.
07 · Exploración
Laboratorio: diferencias que saturan
Mové V+ y V− con rieles ±7,5 V: el laboratorio calcula Vd, Vout ideal y estado. Descubrí cuán poco hace falta para saturar.
Vd → Vout
Vout = 100k × Vd
Vd +10 mV: saturado alto a +7,5 V.
Preguntas para explorar
- Igualá V+ = V−. ¿Vout? ¿Y con 1 mV de diferencia?
- ¿Qué Vd máxima admite en lineal? Verificala moviendo de a 1 (10 mV).
- ¿Por qué este laboratorio prueba que hace falta realimentación?
Ver respuestas sugeridas
- Vd = 0 → Vout = 0 (ideal). Con 1 mV → 100 V ideal → techo: satura igual. Todo distinto de cero satura.
- 15 V/100000 = 150 µV pico-pico (±75 µV): el slider de 10 mV no llega ni cerca. Lineal sin ayuda es imposible.
- Porque sin ella la salida solo conoce los techos: para valores intermedios hay que “devolverle” salida a la entrada (Tema 15).
08 · Comprensión
Confusiones frecuentes
«V+ = V− siempre»
Solo con realimentación negativa funcionando. Sin ella (comparador) difieren voltios enteros: la regla tiene condición.
«La salida llega a la fuente»
Llega a 1–2 V menos (salvo rail-to-rail): diseñar dentro de la ventana real, no de riel a riel imaginario.
«Sin alimentar anda igual»
No anda: sin energía no hay amplificación posible. Primer debug de todo circuito con op-amp: ¿hay ±V?
«Entradas no consumen nada»
Casi nada (nA–µA de bias): con divisores de MΩ ya se nota (Tema 21). Ideal para calcular, real para verificar.
09 · Práctica guiada
Ejercicios de modelo
Ejercicio 1: saturar a propósito
Con opamp(): Vd = +10 µV, −10 µV y 0 con rieles ±7,5. ¿Estados? ¿Qué enseña sobre comparadores?
Ver solución razonada
Alto / bajo / cero: el op-amp sin realimentación ES un comparador (Tema 20). 10 µV bastan para decidir.
Ejercicio 2: techo simple 5 V
Con opamp5(): V+ = 4 V, V− = 1 V y al revés. ¿Vout en cada caso? ¿Por qué 3,5 y no 5?
Ver solución
3,5 y 0,5 V: el LM358 no llega a rieles. Diseñar salidas dentro de 0,5–3,5 V con 5 V simples.
Ejercicio 3: identificar en mesa
LM358 en protoboard sin señal: medí V+/V−/Vout y alimentación. ¿Qué valores confirman “vivo y en lineal”?
Ver solución
V+ ≈ V− (mV de diferencia) y Vout intermedio (no en techo) con alimentación presente: bestia mansa. Techo = comparando o mal cableado.
10 · Síntesis
Ideas para recordar
- Vout = A×Vd con A → ∞; I in = 0; con realimentación V+ = V−.
- Salida entre rieles (menos 1–2 V salvo rail-to-rail).
- Sin realimentación todo satura: comparador natural.
- Alimentar + desacoplar antes de señalar.
- LM358 para 5 V simples; 741 solo historia/museo.
Bestia presentada con sus reglas. Ahora, a domesticarla: en el próximo tema, realimentación negativa y positiva.