OpAmp Inversor / Retroalimentación Negativa

De

¿Qué es?

Un amplificador operacional conectado en configuración de inversor: una fuente (señal de interés) en serie con una  resistencia R1 conectada a la entrada inversora, mientras que la entrada no inversora es conectada a tierra, una resistencia R2 que se conecta en retroalimentación desde la salida del OpAmp al nodo de la entrada inversora, tal y como se muestra en la siguiente figura: 


¿Qué obtenemos?

  • La señal de entrada amplificada
  • La señal de entrada con un desfase de 180° (invertida)
¿Cómo analizamos el circuito?

Se considera un OpAmp ideal por lo tanto:
  • El voltaje en la entrada no inversora es igual al voltaje en la entrada inversora (V+=V-)
  • La corriente a la entrada del OpAmp es despreciable (ie≅0)
Recordando esto, dibujamos las corrientes en nuestro circuito para realizar análisis de nodos :

Si la corriente que entra al OpAmp es despreciable o igual a 0, quiere decir que la corriente que pasa por R1 va a ser idéntica a la que pasa por R2:


Ahora bien, la entrada no inversora está conectada a tierra, lo que nos indica que el voltaje ahí es 0, y que de acuerdo a la segunda condición de los OpAmp ideales esto indicaría que el voltaje en la entrada inversora también equivale a cero, por lo que podemos eliminar este termino de la ecuación anterior.
Despejando para Vout obtenemos: 
Observamos que el signo negativo implica el desfase que ocurre, la relación de R2/R1 representa la ganancia (Av), es decir la medida con la que se amplificará la entrada, razón por la cual esta se multiplica por Vin.

¿Cómo se ve esto en una simulación?
Si tomamos de ejemplo el esquemático con el que hicimos el análisis, R2=200Ω y R1=100Ω la ganancia de este circuito será de 2 (200/100), compremos cómo funciona con el simulador SystemVision

En la gráfica notamos como la señal de entrada (café) marca 5v e inicia con el ciclo positivo de la onda, por el contrario la señal de salida a la configuración de circuito inversor (morado) inicia con un ciclo negativo, lo que demuestra cómo se invierta la onda (desfase de 180°) y marca 10v, pues la relación entre los resistores nos indicaba que la señal se amplificaría 2 veces. 


Nota: Para visualizar mejor las simulaciones entra a los links que se muestran a la izquierda :)

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