Límites reales del operacional

01 · Punto de partida

Tu ×101 da 0,2 V con entrada en corto

Cortocircuitás la entrada y la salida marca 0,2 V. Subís la frecuencia y el seno se vuelve triángulo. Cuatro desvíos explican casi todo: offset (mV de fábrica), bias (corriente de entradas), velocidad (GBW y slew) y rieles (ya conocidos).

• ¿Cuánto error mete el offset con cada ganancia?
• ¿Por qué igualar resistencias en ambas entradas?
• ¿Qué frena primero: GBW o slew rate?
• ¿Cómo chequear un diseño antes de soldar?

02 · Offset

Mentira de fábrica: mV

El operacional trae un desbalance interno Vos (LM358: hasta ~2–7 mV): con entradas iguales cree ver Vos y lo amplifica por G. Con G = 101 son ~202 mV de error a la salida (Tema 17). Remedios: elegir op-amp de precisión, preset de ajuste, o calibrar por software (restar el cero medido, Curso 8).

03 · Bias

Entradas que sí toman algo

Las entradas piden Ib (LM358: ~45 nA): sobre R = 100k caen 4,5 mV extra de offset. Truco clásico: poner en + una R igual a R1||R2 (10k||100k ≈ 9,1k) para que ambas ramas caigan parecido y se cancelen. Con R de MΩ el truco no alcanza: usar FET (Ib de pA) o bajar las R.

04 · Velocidad

Dos frenos distintos

GBW (1 MHz, LM358)

G×BW constante en pequeña señal: G = 100 → ~10 kHz útiles. Más ganancia, menos agudos. Es el freno de señales chicas.

Slew rate (0,5 V/µs)

Velocidad máxima de la salida: un seno de 6 V pico a 100 kHz pide 3,77 V/µs y sale triangular. Es el freno de señales grandes. Chequeo: SR ≥ 2π×f×Vp.

Cuál manda

Se calcula ambos y gana el peor: con G = 2 y 6 V a 100 kHz, el BW sobra (500 kHz) pero el slew no da. El laboratorio los enfrenta.

Full-power BW

Frecuencia máxima a excursión completa: SR/(2π×Vp). Con 6 V y 0,5 V/µs: ~13 kHz. Senos grandes y rápidos no van con LM358.

05 · Presupuesto de errores

Las tres cuentas en código

Chequeo dc (offset + bias) y chequeo ac (GBW + slew) con números del LM358.

def error_dc(g, r_k=100.0, vos_mv=2.0, ib_na=45.0):
    err_mv = (vos_mv + ib_na * r_k * 1e-6 * 1000.0) * g
    print(f"G={g} R={r_k}k -> error_salida~{err_mv:.0f}mV")
    return err_mv


error_dc(1, r_k=10.0)
error_dc(101, r_k=100.0)
error_dc(101, r_k=1000.0)

G = 1: ~2 mV. G = 101 con 100k: ~660 mV. Con 1M: el bias solo ya aporta 45 mV×101. ¿R cómoda o FET?

Chequeo de velocidad

import math

def chequeo_ac(g, vp, f_hz, gbw=1e6, sr_vus=0.5, riel=7.5):
    vout = vp * g
    bw = gbw / g
    sr_nec = 2 * math.pi * f_hz * vout / 1e6
    print(f"Vout={vout:.2f}V BW={bw/1000:.0f}kHz SR_nec={sr_nec:.2f}V/us")
    fallas = []
    if vout > riel:
        fallas.append("TECHO")
    if f_hz > bw:
        fallas.append("GBW")
    if sr_nec > sr_vus:
        fallas.append("SLEW")
    print("OK" if not fallas else "FALLA: " + "+".join(fallas))
    return fallas


chequeo_ac(11, 0.5, 1000)
chequeo_ac(2, 3.0, 100000)

06 · Analogía programador

Staging vs producción

1. 1
   Ideal = tests en verde.

   El modelo ideal pasa en el simulador; la mesa es producción con latencia, ruido y límites reales.

2. 2
   Error budget.

   Como presupuesto de latencia: repartís mV entre offset, bias, tolerancias y ruido. Si no cierra, otro componente.

3. 3
   Slew = throughput.

   No importa cuánta ganancia tengas si la salida no se mueve más rápido: cuello de botella físico.

07 · Exploración

Laboratorio: quién frena primero

LM358: GBW 1 MHz, SR 0,5 V/µs, rieles ±7,5 V, offset 2 mV. Elegí G, Vp y f: el laboratorio enfrenta techo, GBW y slew.

Preguntas para explorar

1. Subí a ×101 con 500 mV y 1 kHz. ¿Qué falla? ¿Y con 50 mV?
2. G = 2, Vp = 3 V, f = 100 kHz: ¿BW alcanza? ¿SR? ¿Cuál manda?
3. ¿Qué cambia si el op-amp fuera de 10 MHz y 10 V/µs?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de letra chica

Ejercicio 1: medir tu offset

Seguidor con entrada a masa: medí Vout. ¿Vos de tu chip? ¿Error que daría con G = 101?

Ejercicio 2: R de compensación

No inversor R1 = 10k, R2 = 100k. ¿R en +? ¿Qué error de bias cancela (Ib = 45 nA)?

Ejercicio 3: audio con LM358

G = 10, salida 2 V pico, 20 kHz. ¿BW? ¿SR? ¿Anda?

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Letra chica leída. Falta elegir bien el chip y alimentarlo: en el próximo tema, fuente simple y rail-to-rail.