Seguidor de Voltaje de Precisión: Dominando la Realimentación del Op-Amp para Seguimiento Preciso de Señal

Partes y Materiales

• Amplificador operacional: modelo 1458 o 353 (Radio Shack catálogo # 276‑038 y # 900‑6298, respectivamente)
• Tres baterías de 6 voltios
• Potenciómetro lineal de 10 kΩ (Radio Shack catálogo # 271‑1715)

Referencias Cruzadas

Lessons In Electric Circuits, Volumen 3, Capítulo 8: "Amplificadores Operacionales".

Objetivos de Aprendizaje

• Demostrar cómo configurar un op-amp como seguidor de voltaje.
• Explicar el papel de la realimentación negativa para lograr una configuración de ganancia unitaria.
• Describir un enfoque sistemático de solución de problemas para circuitos con op-amp.

Diagrama Esquemático

Ilustración

Instrucciones

En experimentos anteriores usamos el op-amp en una configuración de lazo abierto, que entrega su máxima ganancia de voltaje. Aunque esto es útil para aplicaciones de comparador, satura rápidamente la salida para cualquier entrada diferencial no nula. Para usar el op-amp como un amplificador verdadero con ganancia predecible, introducimos realimentación negativa.

Al conectar la salida directamente a la entrada inversora (−), el op-amp ajusta automáticamente su salida para que el voltaje en la entrada inversora coincida con el voltaje en la entrada no inversora (+). Con esta realimentación directa, el circuito se comporta como un seguidor de voltaje —un búfer de ganancia unitaria que reproduce el voltaje de entrada en su salida con precisión de microvoltios.

Mide el voltaje en la entrada no inversora (entre la entrada + y tierra) y en la salida (entre el terminal de salida y tierra). Al girar el potenciómetro, observa cómo la salida sigue fielmente a la entrada.

Para una evaluación más directa, coloca un voltímetro entre los dos terminales de entrada. A lo largo de la mayor parte del rango del potenciómetro, el voltaje de error será insignificante.

Cuando el potenciómetro se ajusta a un extremo, puedes notar un error medible, especialmente con los modelos 1458 o 353. Estos op-amps no pueden llevar sus salidas hasta los rieles de alimentación (+18 V y 0 V). Típicamente se quedan cortos por unos 1–2 V, una limitación común que los diseñadores deben tener en cuenta. Si se requiere rendimiento rail-to-rail, considera un op-amp como el 3130.

Los seguidores de voltaje son invaluables cuando la señal de fuente tiene alta impedancia y no puede tolerar carga. Aunque la ganancia de voltaje es unitaria, la baja impedancia de salida del seguidor permite que la señal impulse cargas más pesadas sin distorsión.

También sirven como herramienta de diagnóstico práctica. Si se sospecha que un op-amp en un circuito complejo está fallando, recablearlo como un simple seguidor de voltaje. Un op-amp sano replicará el voltaje de entrada con precisión; la falla para hacerlo indica un dispositivo defectuoso.

Simulación por Computadora

Esquemático con números de nodos SPICE:

Netlist (copia lo siguiente en un archivo de texto llamado voltage_follower.cir):

 Voltage follower
vinput 1 0
rbogus 1 0 1meg
e1 2 0 1 2 999meg
rload 2 0 10k
.dc vinput 5 5 1
.print dc v(1,0) v(2,0) v(1,2)
.end 

En este modelo, el op-amp está representado por una fuente de voltaje dependiente (e1) con una ganancia de lazo abierto de 999 MΩ. La gran resistencia rbogus (1 MΩ) y la resistencia de carga (rload) proporcionan los caminos DC necesarios para que SPICE converja.

Hoja de Trabajo Relacionada

• Hoja de Trabajo de Circuitos Op-Amp con Realimentación Positiva