Amplificadores operacionales y sensores
Acondicionar señales pequeñas antes de medirlas o controlarlas.
Desarrollo de la clase
Un amplificador operacional compara dos entradas y, con realimentación negativa, permite construir amplificadores, seguidores, sumadores y filtros. El modelo ideal ayuda a calcular, pero un dispositivo real tiene límites de alimentación, ancho de banda, velocidad, ruido y rango de entrada y salida.
Los sensores pueden entregar señales demasiado pequeñas, ruidosas o desplazadas para un ADC. El acondicionamiento adapta amplitud, impedancia y banda, y agrega protección. Un seguidor puede aislar; un amplificador no inversor ajusta ganancia.
La realimentación debe analizarse con cuidado: conexión incorrecta o falta de margen puede producir saturación u oscilación. El datasheet indica si el operacional funciona con alimentación simple y si sus entradas o salida alcanzan los rieles.
Para comprenderlo en contexto
El acondicionamiento adapta una señal al rango y a la impedancia del sistema de medición. Los amplificadores operacionales permiten amplificar, desplazar, filtrar y aislar señales cuando se respetan sus límites reales.
Un ejemplo aplicado
Un seguidor de tensión puede conectar un divisor de alta resistencia con un ADC sin cargarlo significativamente. La salida sigue a la entrada, pero aporta baja impedancia al siguiente bloque.
Modelo conceptual en profundidad
El operacional ideal ayuda a plantear realimentación, pero el real limita rango de entrada común, excursión de salida, corriente, ancho de banda, slew rate, ruido y offset. Acondicionar un sensor significa adaptar amplitud, impedancia y banda al ADC, agregar referencia y protección, y preservar la información útil. Ganancia máxima sin saturación se decide desde los extremos reales.
Resolución guiada
Un sensor entrega 0,5 a 2,5 V y el ADC admite 0 a 5 V. Restar 0,5 V y aplicar ganancia 2,5 mapearía idealmente a 0–5 V. El diseño necesita una referencia estable y un operacional cuya entrada y salida soporten esos rangos con alimentación disponible; también se prueba desconexión y sobrevoltaje.
Desafío de transferencia
Mostrá cómo el offset de entrada se amplifica junto con la señal y cuándo puede consumir una parte importante del rango del ADC.