Amplificador inversor

01 · Punto de partida

Amplificar y dar vuelta

A veces la señal viene al revés de lo que necesitás, o hay que restarla de otra (Tema 19). El inversor amplifica cambiando el signo: +0,2 V entran, −2,0 V salen. Su secreto es un nodo mágico: la tierra virtual.

• ¿Qué es la tierra virtual y por qué vale 0?
• ¿Por qué la ganancia es −R2/R1 (sin +1)?
• ¿Qué impedancia ve la fuente?
• ¿Puede atenuar en vez de amplificar?

02 · Esquema

Vin entra por resistencia

Vin → R1 → nodo −; R2 del nodo − a la salida; entrada + a masa. La fuente nunca toca el op-amp: habla con R1. La salida hace lo necesario para mantener el nodo − en 0 V.

03 · Fórmula

Toda la corriente da la vuelta

Al nodo − no entra corriente (I in = 0): la que cruza R1 tiene que cruzar R2. Con V− = 0: I = Vin/R1 = −Vout/R2 →

Sin +1: con R iguales G = −1, no −2. Y sí, |G| < 1 es legal: el inversor también sabe achicar.

04 · Impedancia de entrada

La diferencia que duele

Regla: si la fuente tiene Rs alta, el inversor “ve” un divisor Rs–R1 extra. Con Rs = 10k y R1 = 10k perdés la mitad antes de amplificar: buffer o rediseño.

05 · Inversor en código

Signo, corriente y techo

Modelo con corriente de entrada (la que pide R1) y aviso de ganancia de ruido para el offset.

def inversor(vin, r1=10e3, r2=100e3, riel=7.5, offset_mv=2.0):
    g = -r2 / r1
    vout = min(max(vin * g, -riel), riel)
    i_in = vin / r1 * 1e6
    err = offset_mv / 1000 * (1 + r2 / r1)
    estado = "OK" if abs(vin * g) < riel else "TECHO"
    print(f"G={g:.2f} Vout={vout:+.3f}V Iin={i_in:+.1f}uA [{estado}] err_off~{err*1000:.0f}mV")
    return vout


inversor(0.2)
inversor(0.2, r2=47e3)
inversor(1.0)

+0,2 V → −2,0 V con 20 µA por R1. 1,0 V pide −10 V: ¿qué informa? ¿Y el error de offset con G = −10?

Diseñar con E12

def elegir_inv(g_deseada, r1_k=10):
    E12 = [10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82]
    candidatos = [v * m for m in (0.1, 1, 10, 100) for v in E12]
    objetivo = abs(g_deseada) * r1_k
    mejor = min(candidatos, key=lambda v: abs(v - objetivo))
    g_real = -mejor / r1_k
    print(f"G={g_deseada}: R1={r1_k}k R2={mejor}k -> G_real={g_real:.2f} Zin={r1_k}k")
    return mejor


for g in (-1, -4.7, -10, -0.47):
    elegir_inv(g)

06 · Analogía programador

Negación con costo

1. 1
   G negativa = NOT analógico.

   Invierte el signo y escala: como un -k*x. Dos inversores en serie = doble negación (vuelve al signo).

2. 2
   Tierra virtual = /dev/null que absorbe.

   El nodo − traga toda la corriente sin moverse de 0 V: sumidero ideal de corriente (base del sumador, T19).

3. 3
   Zin = R1 = API con costo.

   Llamar cuesta corriente proporcional: si tu fuente es débil, pagás con error. El no inversor es “gratis”.

07 · Taller

Laboratorio: signo y corriente

Rieles ±7,5 V, R1 = 10k, offset 2 mV. Mové Vin (bipolar) y G: el laboratorio muestra Vout, corriente por R1 y estado.

Preguntas para explorar

1. Con ×−47 y Vin +200 mV: ¿Vout? ¿Qué Vin máximo admite esa G?
2. Vin negativo (−200 mV) con ×−10: ¿Vout? ¿Por qué tiene sentido?
3. Compará error de offset ×−10 vs ×−47 (ganancia de ruido 1+R2/R1).

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de inversor

Ejercicio 1: invertir el puente

El puente da −0,27 V a 30 °C y quiero +2,7 V. ¿G? ¿R1/R2 E12? Verificá signo y techo con inversor().

Ejercicio 2: fuente débil

Sensor con Rs = 10k y G = −10 (R1 = 10k). ¿Ganancia real contando el divisor Rs–R1? ¿Cómo lo arreglo?

Ejercicio 3: doble inversión

Dos inversores ×−10 en serie, Vin = +0,1 V. ¿Vout final? ¿Ventaja frente a un ×100 directo?

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Signo dominado. Ahora a mezclar señales: en el próximo tema, sumador y restador.