Tecnología Electrónica

Amplificadores Operacionales Inversores vs. No Inversores: Compensaciones y Selección

Topologías de Amplificador Operacional Comparadas

Ambas configuraciones, inversora y no inversora, son bloques de construcción fundamentales de los amplificadores operacionales. La elección depende de los requisitos de integridad de señal, restricciones de impedancia, necesidades de ancho de banda y arquitectura del sistema.

Amplificador Inversor

Circuito: Entrada vía Rin a la entrada (-); retroalimentación Rf de salida a (-); (+) a tierra.

Ganancia: Av = -Rf/Rin (negativo = desplazamiento de fase de 180°)

VentajasDesventajas
Tierra virtual en la entrada (-) → baja impedancia de entrada = Rin (predecible)Inversión de señal (puede requerir corrección)
Impedancia de entrada establecida por Rin (flexibilidad de diseño)Ancho de banda menor a alta ganancia (producto GBW limitado)
Excelente para sumar múltiples entradas (mezclador de tierra virtual)La entrada carga la fuente de señal (Rin a tierra virtual)
Acoplamiento AC natural con capacitor en serieVoltaje de modo común = 0V (espacio de cabeza limitado)
Alta ganancia alcanzable con relaciones de resistencias razonablesVoltaje de compensación de entrada amplificado por ganancia de ruido (1+Rf/Rin)

Amplificador No Inversor

Circuito: Entrada a la entrada (+); divisor de retroalimentación (R1, R2) de salida a (-).

Ganancia: Av = 1 + R2/R1 (positivo, ≥ 1)

VentajasDesventajas
Muy alta impedancia de entrada (≈ Zin del op-amp, a menudo >GΩ)Ganancia mínima = 1 (no puede atenuar)
Sin inversión de señalRequiere mayor oscilación de voltaje de modo común de entrada
Mejor ancho de banda a la misma ganancia en lazo cerradoCapacitancia de entrada + impedancia de fuente → polo
Configuración de seguidor de tensión (unidad de ganancia)Menos flexible para aplicaciones de sumado
Menor ganancia de ruido a la misma ganancia de señalEl voltaje de compensación de entrada aparece directamente en la salida

Matriz de Decisión de Selección

  • ¿Necesita buffer/alta Zin? → No inversor (o seguidor de tensión)
  • ¿Necesita sumado/integración/derivación? → Inversor
  • ¿Necesita ganancia < 1? → Inversor (o no inversor con divisor)
  • ¿Maximizar ancho de banda? → No inversor (menor ganancia de ruido)
  • ¿Fuente de señal de alta impedancia? → No inversor
  • ¿Suministro único, señal referenciada a tierra? → Inversor (con polarización) o no inversor (con polarización)

Consideraciones Avanzadas

  • Ruido: El inversor tiene mayor ganancia de ruido; crítico para diseños de bajo ruido
  • Distorsión: El no inversor tiene distorsión de modo común; el inversor la evita
  • Estabilidad: Ambos necesitan compensación; el inversor suele ser más fácil de estabilizar a alta ganancia
  • Diseño de layout: El inversor mantiene el bucle de alta frecuencia local (Rf cerca del op-amp)

Los op-amps de precisión modernos (estabilizados por chopper, a deriva cero) minimizan las compensaciones tradicionales. Siempre simule con modelos parasitarios reales antes de finalizar la topología.

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Amplificadores y preamplificadores