En el capítulo anterior vimos una descripción general de los amplificadores operacionales. En este capítulo, veremos que dependiendo de la topología utilizada, la configuración toma un nombre propio. Veamos la topología llamada amplificador operacional en la configuración inversora.

En esta configuración, la entrada no inversora está conectada a tierra y la señal de entrada, representada por la fuente de voltaje V_i, está conectado a la entrada inversora a través de la resistencia R_i. Entre la salida y la entrada del inversor tenemos la resistencia de retroalimentación, representada aquí por R_f.

En la Figura 42-01 vemos un circuito inversor típico. Calculemos la ganancia de voltaje de bucle cerrado de este amplificador, que no es más que la relación entre V_o y V_i.

Como se indica en el circuito,  i_i = 0,  luego    i₁ = i₂.   Y a partir de ahí podemos escribir:

Pero como vimos en el capítulo 41 , sabemos que V₁ = V₂. En el caso anterior podemos escribir:

Sustituyendo estos valores en la ecuación anterior y trabajando algebraicamente, llegamos la ecuación final, o:

Observe el signo negativo en la ecuación. Esto significa que la señal de entrada, además de ser amplificada, aparece en la salida invertida, es decir, 180 grados desviada de la señal de entrada. Más que eso: la ganancia de voltaje del circuito solo depende de las dos resistencias externas y es completamente independiente del tipo de amplificador operacional utilizado.

Debemos enfatizar que además de este circuito hay un amplificador (|K| > 0) cuando tenemos R_f > R_i y también puede comportarse como un atenuador (|K| < 0), solo hacer R_f < R_i.

Al trabajar con un amplificador operacional en configuración inversora, se deben considerar algunos desafíos. Uno de ellos surge cuando se desea un circuito con alta ganancia. En esta situación, es común utilizar resistencias de retroalimentación grandes, a menudo del orden de los megaohmios. Sin embargo, la adopción de resistencias con valores tan elevados conlleva pérdidas significativas en la relación señal-ruido, comprometiendo la calidad y el rendimiento del circuito, pudiendo incluso volverlo inestable.

Una alternativa eficaz para superar este problema es el uso de una red T de retroalimentación, como se ilustra en la Figura 42-02.

Posteriormente, en el Problema 42-05 (¡Acceda aquí!), se demostró el procedimiento para calcular la ganancia del amplificador ilustrado en la Figura 42-02, en el que todas las resistencias de la red tienen valores iguales. En este caso, la ganancia calculada fue -8. Esto se debe a que al conectar dos redes T en serie, el efecto de atenuación de la realimentación se multiplica. Cada red T aporta su propia fracción de retroalimentación, y la combinación de ambas reduce aún más la fracción de señal que retorna a la entrada. En consecuencia, el amplificador debe compensar esta mayor atenuación, lo que resulta en una mayor ganancia.

Si lo anterior es cierto, podemos concluir que al aumentar el número de redes T en el circuito de retroalimentación, la ganancia del amplificador aumentará. En este caso, surge una pregunta.

¿Existe una fórmula que nos permita determinar la ganancia del amplificador en función del número de redes T agregadas al circuito de retroalimentación?

La respuesta es SÍ. Conociendo la ganancia del amplificador para una y dos redes, podemos calcular la ganancia del amplificador para cualquier número de redes utilizadas, según la ecuación 42-02 a continuación.

La Tabla 42-01 muestra, a modo de ejemplo, la ganancia aumenta en función del aumento del número de redes T utilizadas en el bucle de retroalimentación. Cabe destacar que, por cada red T añadida, se produce un aumento promedio de 8,4 dB en la ganancia del amplificador. Estos cálculos se realizaron con la eq. 42-02.

Para concluir este tema, podemos añadir que si el valor de R elegido es demasiado bajo, podemos solucionar este problema añadiendo un búfer (¡Acceda aquí!   →   Buffer) a la entrada del amplificador.