Amplificadores operacionales: amplificador diferencial, fuente de corriente constante, características, tipos y circuitos prácticos

1.1 Qué hace

Un amplificador diferencial amplifica la diferencia entre sus dos entradas e ignora lo que tengan en común:

Vsal = A · (V⁺ − V⁻)

Símbolos. Vsal: tensión de salida, en voltios (V). A: ganancia diferencial en lazo abierto, adimensional (veces). V⁺, V⁻: tensiones de las entradas no inversora e inversora respecto de masa (V).

Cuándo vale. Mientras la salida no llegue a la alimentación (|Vsal| < Vcc). Pasado ese punto el amplificador satura y la fórmula deja de cumplirse.

De dónde sale. Es la definición del amplificador diferencial: solo cuenta la resta V⁺ − V⁻, y lo que ambas entradas tienen en común no interviene.

💡 Ejemplo resuelto. Un diferencial de ganancia A = 100, alimentado a ±12 V, recibe 5,10 V y 5,00 V:

1. Diferencia: V⁺ − V⁻ = 5,10 V − 5,00 V = 0,10 V (los 5 V comunes no cuentan).
2. Salida: Vsal = 100 · 0,10 V = 10 V, dentro de los ±12 V.

Esa es toda la idea, y de ella salen dos consecuencias que valen para el resto del tema y para media instalación de audio:

• Si las dos entradas suben lo mismo, la salida no se mueve. A eso se le llama rechazo en modo común, y se mide en decibelios (CMRR): el cociente entre la ganancia diferencial A_d y la de modo común A_c, CMRR (dB) = 20 · log₁₀ (A_d / A_c) (el 20 es el de las tensiones, véase el tema 2). Ejemplo: A_d = 1.000 y A_c = 0,1 → A_d/A_c = 10.000 → 20 · log₁₀(10.000) = 20 · 4 = 80 dB.
• Por eso el cableado balanceado de audio funciona: la señal viaja por dos conductores en oposición de fase y el ruido que se induce por el camino entra igual en los dos. Como es común, el receptor diferencial lo resta y lo elimina. Es la razón física del XLR y del par trenzado, y se vuelve a ver en los equipos de TV y radio del tema 12 y en las redes del tema 14.

1.2 Dentro del operacional

Un amplificador operacional es, en el fondo, un amplificador diferencial de ganancia enorme seguido de etapas de ganancia y de una etapa de salida. Tiene:

• Dos entradas: la no inversora (+) y la inversora (−).
• Una salida.
• Dos patillas de alimentación, normalmente simétrica (±12 V, ±15 V), que en los esquemas del examen aparecen como +12V y −12V.

La alimentación simétrica es la que permite que la salida pueda ser positiva y negativa, y marca además el techo: la salida nunca puede pasar de la tensión de alimentación. Cuando lo intenta, el operacional satura y se queda pegado cerca de un raíl.