OTA

Un amplificador operacional de transconductancia es un circuito integrado que convierte un voltaje de entrada en una corriente de salida, con la ganancia de conversión (transconductancia) establecida por una entrada de control. A diferencia de un amplificador operacional convencional, que emite voltaje, el OTA emite corriente directamente desde un nodo de alta impedancia. Esto lo hace fundamentalmente útil en aplicaciones donde el control de corriente o la suma de corriente es el lenguaje natural del circuito, particularmente en el procesamiento de señales analógicas, el diseño de filtros y la regulación de la fuente de alimentación.

El corazón de un OTA es una etapa de par diferencial seguida de una etapa de ganancia. La diferencia de voltaje de entrada impulsa una corriente de cola a través de transistores emparejados; las corrientes de colector o drenador resultantes se reflejan y se almacenan en búfer a la salida. Una entrada de corriente de polarización, generalmente denotada como I-bias o I-set, controla la transconductancia directamente. Cambiar esta corriente de polarización escala la ganancia sin requerir cambios de componentes. Esta programabilidad hizo que los OTA fueran esenciales en los diseños de filtros controlados por voltaje y en los circuitos analógicos adaptativos antes de que el procesamiento de señales digitales se volviera dominante.

Variantes comunes y limitaciones

Los primeros OTA, como la familia CA3080, funcionaban con fuentes duales y exhibían una linealidad modesta. Las variantes modernas funcionan con fuentes únicas (hasta 1.5 V en algunos casos) e incluyen búferes de salida integrados para convertir la salida de corriente a voltaje. La transconductancia se especifica típicamente en microsiemens o nanosiemens y sigue dependiendo de la temperatura y la fuente a menos que se compense. La impedancia de salida es finita, generalmente en el rango de megaohmios, y los efectos de carga son significativos. El voltaje de compensación de entrada, la relación de rechazo de modo común y la oscilación de salida son inferiores a los de los amplificadores operacionales de precisión, por lo que los OTA no son reemplazos directos.

En los sistemas de suministro de energía y servicios públicos, los OTA aparecen en circuitos de detección de voltaje y corriente, amplificadores de error para reguladores de conmutación y bucles de control de accionamiento de puerta. Su capacidad para sumar múltiples corrientes de control los hace valiosos en sistemas de control de múltiples bucles. Sin embargo, el rendimiento de ruido suele ser deficiente en comparación con los amplificadores de salida de voltaje, y en frecuencias de audio o superiores, a menudo se requieren redes de compensación externas. La no linealidad de la transconductancia con la amplitud de la señal de entrada restringe el rendimiento de la señal grande.

El OTA sigue siendo un nicho, pero relevante. Rara vez se elige hoy en día para la amplificación de propósito general; los amplificadores operacionales y los circuitos de condensadores conmutados lo han desplazado en la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, en los circuitos integrados de señal mixta, los OTA se encuentran con frecuencia como bloques de construcción dentro de filtros analógicos, frontales de ADC y circuitos de conversión de impedancia donde se explota su salida de corriente inherente en lugar de convertirla de nuevo a voltaje.