Entendiendo la Impedancia de Entrada del Op-Amp: Definición, Significado y Guía de Cálculo

Primero, aclaremos: Op-Amp = amplificador operacional. Dispositivo: amplificador de voltaje de alta ganancia (acoplado CC). Salida single-ended y resistencia de entrada distintiva. Bloque básico de circuitos analógicos. La impedancia muestra correlación voltaje-corriente de entrada. Al hablar de impedancia de entrada del Op-Amp, es vital distinguir entre el circuito o el chip básico.

Diferencia: el primero habla del circuito Op-Amp; el segundo de la circuitería interna del chip.

¿Más detalles? Aquí tienes por qué la impedancia de salida es baja, cómo calcularla y más.

¿Cuál es la Impedancia de Entrada Típica de un CI Op-Amp?

Impedancia Entrada Op-Amp

Se puede cambiar impedancia diferencial de entrada añadiendo circuitería alrededor del Op-Amp. La forma de aplicar realimentación y componentes externos afecta impedancia total de entrada del circuito y fuente de señal.

Dos impedancias de entrada: modo común (Zcm+, Zcm-) y diferencial (Ziff). Primera: impedancia desde etapas de entrada a tierra. Segunda: impedancia entre las dos entradas.

Suelen ser altas y resistivas (10⁵ – 10¹² Ω). Dispositivo de entrada alta impedancia. Capacitancia shunt hasta 20-25 pF.

En la mayoría de circuitos Op-Amp, se puede reducir impedancia inversora y no inversora a valor bajo mediante realimentación negativa (considerando impedancia diferencial y modo común más importantes). Terminales inversor y no inversor también cruciales.

Impedancia de entrada del circuito Op-Amp suele ser alta porque los Op-Amps funcionan como divisor de voltaje. Mayor impedancia → más caída voltaje en entradas Op-Amp. Si impedancia baja → no hay caída voltaje → no hay señales.

Impedancia de Salida Op-Amp

Amplificador Diferencial Op-Amp

Fuente: Wikimedia Commons

Similar a impedancia entrada, pero se refiere a cuánto cambia voltaje aparente de la fuente al suministrar más corriente. Ejemplo: batería sin carga tiene mayor voltaje que bajo carga.

Ejemplo: Op-Amp salida 6 V, medido circuito abierto → corriente 0 A, voltaje 6 V. Conectar resistencia realimentación → corriente salida 60 mA. Medir voltaje en resistencia → ~5,99 V.

Impedancia salida = (6V/0mA – 5,99V/60mA) = 0,2 Ω.

¿Por qué cambia unidad? Baja impedancia fuente indica Op-Amp puede hundir mucha corriente sin cambio significativo voltaje. Impedancia entrada Op-Amp se asemeja a impedancia carga de lo que muestra señal salida.

Impedancia salida y potencial salida se asemejan a impedancia fuente de lo que recibe señal Op-Amp. Carga pesada cuando fuente dirige carga con impedancia moderadamente baja y corriente suministro. Señal voltaje necesita alta corriente y mayor ganancia.

Incluso si impedancia fuente baja, fuente entrega corriente sin caída voltaje. Para reducir caída, asegure impedancia carga > impedancia fuente. Alta impedancia carga = menos corriente y potencia.

Impedancia Ideal Op-Amp

Características: impedancia entrada infinita y ganancia infinita. Corriente en terminales entrada = 0 (no entra/sale corriente terminales no inversor e inversor) → mayor ganancia unidad.

Impedancia salida ideal = 0. Corriente salida independiente de voltaje salida. Op-Amp ideal no necesita impedancia salida para dirigir carga y entregar voltaje.

En resumen: impedancia salida = 0 o baja; impedancia entrada = infinita o alta.

Cómo Calcular Impedancia Entrada y Salida

Impedancia = relación ΔI/ΔV. ΔI = variación corriente; ΔV = variación voltaje.

Medir diferencia corriente polarización entrada vs diferencia voltaje modo común entrada.

Parámetros: impedancia salida, ecuación ganancia lazo abierto, impedancia fuente. Usar principio divisor voltaje para voltajes entrada/salida.

(Zin/(Rs + Zin)) Vin = Vsource — (1)

• Rs = impedancia fuente
• Zin = impedancia entrada
• Vin = voltaje referencia amplificador
• Vsource = voltaje entrada

Voltaje carga salida:

Vout × (Rload/(Rload + Zout)) = Vload — (2)

• Rload = resistencia carga
• Zout = impedancia salida amplificador
• Vload = voltaje en carga
• Vout = salida amplificador

Sustituir Vout por ganancia voltaje entrada ×.

¿Medir impedancia salida? Sí, como circuito equivalente Thevenin:

• Vo/Is = Zout — (3)
• I = corriente salida cuando salida en cortocircuito
• Vo = voltaje salida cuando salida circuito abierto

Fórmula (3) proviene relación lineal corriente-voltaje salida.

Amplificador Voltaje Op-Amp

Fuente: Wikimedia

Por Qué la Impedancia de Entrada del Op-Amp es Infinita

Impedancia muestra oposición a flujo corriente (continua/alterna). En Op-Amp ideal, dos terminales entrada tienen impedancia infinita porque corriente no entra al Op-Amp desde terminales entrada.

Permite entrada ver y responder a voltaje, pero voltaje no dirige corriente al Op-Amp. Op-Amp no afecta voltaje entrada. Prácticamente: minúscula fuga corriente en circuitos entrada (usualmente < pocos mA).

Por Qué la Impedancia de Salida del Op-Amp es Baja

Voltaje que entrega salida es constante, incluso si salida conecta a circuito que aumenta carga.

Prácticamente: Op-Amps suelen tener pocos ohmios en impedancia salida. Voltaje real terminal salida difiere según carga conectada.

Conclusión

Típico: impedancia entrada Op-Amp alta. Op-Amp es dispositivo ganancia voltaje. Alta impedancia permite caída voltaje en entrada, mantiene bajo consumo corriente y evita efecto carga.

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