Mi cabeza da vueltas: ¿Por qué existen tantos amplificadores operacionales?

Elegir el amplificador operacional adecuado o el mejor para un proyecto puede ser una tarea desalentadora y abrumadora. Incluso si limita su búsqueda a un único proveedor, es probable que haya decenas de dispositivos bastante similares para considerar y, a menudo, otros recién lanzados. Las guías de selección del proveedor pueden ayudarlo con las categorías amplias (como alta velocidad, precisión y alto voltaje), pero incluso estas divisiones se superponen y tienen ambigüedades.

Entonces, ¿por qué existen tantos amplificadores operacionales? Un cínico podría decir: “Porque pueden”. Pero esa no es la verdadera razón. Cada variación y subvariación del amplificador operacional puede ser costosa, lo que implica cambios en uno o más factores de diseño, fabricación, prueba, calificación, planificación de la producción, despacho de pedidos, empaquetado y más.

En cambio, un académico diría que la respuesta a la pregunta es obvia: “Porque no existe un amplificador operacional perfecto”. Si bien esto es técnicamente correcto, tampoco es la razón. De hecho, puede que no desee el amplificador operacional ideal, con un ancho de banda infinito y sin ruidos ni otras “imperfecciones”, ya que sería demasiado bueno. Para usarlo en su aplicación, por ejemplo, podría ser necesario agregar un filtro externo para atenuar el ruido externo y que no impacte en el amplificador operacional, en lugar de depender del limitado ancho de banda del propio dispositivo.

En realidad, la razón por la que hay tantos amplificadores operacionales es consecuencia de dos factores. En primer lugar, hay una gran diversidad de aplicaciones. En segundo lugar, está la eterna cuestión de ingeniería de las concesiones mutuas. En el caso de los amplificadores operacionales, como en el de muchos otros componentes, estas concesiones mutuas no son simples preguntas de sí/no, sino que tienen sutilezas y matices de grado y prioridad.

Algunas aplicaciones toleran valores menos deseables para algunos parámetros con el fin de obtener un rendimiento verdaderamente superior en uno o dos de los que en realidad importan en esa situación. Por ejemplo, un circuito de instrumentación de precisión puede realmente necesitar una deriva de desviación baja en un amplio rango de temperatura y estar dispuesto a aceptar una disipación adicional para lograr ese objetivo. Aun así, la pregunta siempre es: “¿Cuánto está dispuesto a ceder en otros aspectos para lograr su objetivo principal?” Si puede mejorar un 10 % el rendimiento de la deriva de desviación, pero a costa de un aumento de un 50 % en algunas especificaciones secundarias, ¿vale la pena?

Por supuesto, también existe el factor costo: aunque casi todas las aplicaciones son sensibles al costo, el problema es hasta qué punto el costo es un factor fundamental. Si gastando unos pocos centavos más se obtiene un dispositivo con un 10 % menos de ruido, ¿vale la pena? La respuesta no se encuentra en un libro de texto académico, eso es seguro.

Considere dos amplificadores operacionales con “desviación cero”: el MCP6V51 de Microchip Technology y el OPA735 de Texas Instruments. Además de otras diferencias, el dispositivo de Microchip presenta una desviación inicial máxima de ±15 microvoltios (µV) y una deriva de desviación máxima de ±36 nanovoltios (nV)/°C, (Figura 1). La pieza de Texas Instruments tiene un tercio de la desviación inicial máxima a ±5 µV, pero aproximadamente un 50 % más de la deriva de desviación máxima a ±50 nV/°C (Figura 2). Entonces, ¿cuál es mejor?

Figura 1. El voltaje de desviación de entrada frente a la temperatura ambiente es una especificación fundamental en las aplicaciones de los amplificadores operacionales de precisión. Aquí se muestra para el MCP6V51 de Microchip Technology. (Fuente de la imagen: Microchip Technology)

Figura 2. La deriva del voltaje de desviación se presenta de una manera diferente para el OPA735, pero es claramente de unos pocos nV/°C. (Fuente de la imagen: Texas Instruments)

La respuesta es engañosamente simple, como lo es en muchas situaciones de ingeniería: “Depende”. En este caso, depende de cuán fundamental sea el valor de desviación inicial en relación con el valor de deriva, pero puede ser válido solo para una aplicación específica.

La decisión sobre a qué y a cuánto renunciar para obtener lo que se desea es una cuidadosa interacción de muchos factores y juicios, y eso está en el centro del desafío de ingeniería. Suele ser una decisión difícil, ya que todos en la revisión del diseño pueden tener un punto de vista legítimamente diferente.

Existen innumerables conjuntos de diferentes prioridades de aplicación, ponderaciones relativas y decisiones que se pueden tomar sobre “lo que se deja de lado para obtener lo que se desea”. La buena noticia es que la amplia gama de opciones ayuda a encontrar una alternativa muy buena (en la mayoría de los casos). Aun así, la multiplicidad de opciones puede ser abrumadora y eso conduce a dos posibilidades: los diseñadores pueden solo elegir el primer dispositivo que se acerque lo suficiente o, simplemente, optar por un proveedor y un dispositivo que hayan utilizado anteriormente y con los que se sientan más cómodos.

Irónicamente, a pesar de los muchos amplificadores operacionales disponibles y del flujo constante de los nuevos, muchos diseñadores, con o sin razón, terminan eligiendo el que les resulta más conocido.

Acerca de este autor

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Bill Schweber es un ingeniero electrónico que ha escrito tres libros sobre sistemas de comunicaciones electrónicas, así como cientos de artículos técnicos, columnas de opinión y características del producto. Anteriormente, se desempeñó como administrador técnico de sitios web para diferentes sitios de temas específicos de EE Times, así como editor ejecutivo y editor analógico en EDN.

En Analog Devices, Inc. (un proveedor líder de circuitos integrados analógicos y de señales mixtas), Bill trabajó en comunicaciones de mercadeo (relaciones públicas); como consecuencia, ha estado en ambos lados de la función técnica de relaciones públicas, ha presentado productos, historias y mensajes de la compañía a los medios y también ha sido destinatario de estos.

Antes de ocupar el puesto de MarCom en Analog, Bill fue editor asociado de su respetada revista técnica y también trabajó en sus grupos de mercadeo de productos e ingeniería de aplicaciones. Antes de dichas funciones, Bill trabajó en Instron Corp., donde realizaba prácticas de diseño analógico y de circuitos de alimentación e integración de sistemas para los controles de máquinas de prueba de materiales.

Tiene una maestría en Ciencias en Ingeniería Eléctrica (MSEE) (Universidad de Massachusetts) y una licenciatura en Ingeniería Eléctrica (BSEE) (Universidad de Columbia), es un ingeniero profesional registrado y posee una licencia de radio para aficionados de clase avanzada. Además, Bill planificó, escribió y presentó cursos en línea sobre una variedad de temas de ingeniería, incluidos los conceptos básicos de MOSFET, la selección de ADC y los LED de conducción.

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