¿Qué es un amplificador de transconductancia operacional (OTA)?
2026-05-22 378

Este artículo explica cómo funcionan los amplificadores operacionales de transconductancia (OTA) y por qué son importantes en los circuitos electrónicos analógicos.Se analiza cómo los OTA convierten las diferencias de voltaje de entrada en corriente de salida, en qué se diferencian de los amplificadores operacionales tradicionales y cómo su transconductancia y corriente de polarización afectan el comportamiento del circuito.El artículo también cubre configuraciones de circuitos OTA comunes, aplicaciones prácticas en sistemas analógicos y de audio, circuitos integrados OTA populares como LM13700 y CA3080, problemas de diseño comunes, métodos de resolución de problemas, alternativas modernas y orientación práctica para elegir el circuito integrado OTA adecuado para diferentes proyectos.

Catálogo

Figura 1. Diagrama funcional básico de OTA

Cómo una OTA convierte el voltaje en corriente

un Amplificador de transconductancia operacional (OTA) convierte una pequeña diferencia de voltaje en sus entradas en una corriente de salida.Tiene dos pines de entrada: el entrada positiva (+) y el entrada negativa (-).La OTA verifica la diferencia entre estos dos voltajes de entrada.

Cuando la entrada positiva es mayor que la entrada negativa, la OTA produce corriente de salida en una dirección.Cuando la entrada negativa es mayor, la corriente de salida cambia de dirección.Esto significa que la diferencia de voltaje de entrada controla la dirección y la cantidad de corriente de salida.

La relación OTA básica es:

yo_fuera = gramo_m(V₊ − V₋)

Aquí, yo_fuera es la corriente de salida. V+ − V− es la diferencia de voltaje entre las dos entradas. gm es transconductancia, que indica con qué fuerza la OTA convierte el voltaje de entrada en corriente de salida.Un gm más alto produce más corriente de salida a partir de la misma diferencia de voltaje de entrada.

Una OTA proporciona una salida de corriente ya que su salida tiene alta impedancia.Esto hace que la salida actúe principalmente como una fuente de corriente controlada.El voltaje de salida final depende de la carga o circuito conectado a la salida OTA.

Figura 2. Diagrama del circuito interno CMOS OTA

Muchas OTA también permiten control de corriente de polarización.Cuando la corriente de polarización aumenta, GM también aumenta, por lo que la OTA produce una corriente de salida más fuerte.Cuando la corriente de polarización disminuye, gm disminuye, por lo que la corriente de salida se vuelve más débil.Esta es la razón por la que los OTA son útiles en circuitos donde el control de ganancia o señal debe ajustarse electrónicamente.

OTA vs Op-Amp: diferencias clave

Figura 3. Símbolo OTA versus amplificador operacional

Característica	OTA (Amplificador de transconductancia operacional)	amplificador operacional
Función principal	Convierte la entrada diferencia de voltaje en corriente de salida	Convierte la entrada diferencia de voltaje en voltaje de salida
Tipo de salida	Salida actual	Salida de voltaje
Comportamiento de salida	Actúa principalmente como fuente de corriente controlada	Actúa principalmente como fuente de voltaje controlada
Impedancia de salida	Alta impedancia de salida	Baja impedancia de salida
Ganar control	La ganancia se puede ajustar electrónicamente usando corriente de polarización	La ganancia es principalmente controlado mediante resistencias externas
Estructura de entrada	Entrada diferencial	Entrada diferencial
Control de señal	Controles de voltaje corriente de salida	Controles de voltaje voltaje de salida
Comportamiento de retroalimentación	A menudo se utiliza con comportamiento de retroalimentación basado en la corriente	Comúnmente usa voltaje retroalimentación negativa
Ganancia de voltaje Estabilidad	Depende de transconductancia y circuito externo	Generalmente más estable y predecible
Corriente de polarización Importancia	Corriente de polarización directamente afecta la operación OTA y la ganancia	La corriente de polarización generalmente no controla la ganancia del amplificador
Sintonización Electrónica Capacidad	Excelente para Sintonización electrónica y control analógico ajustable.	Electrónica limitada ajuste de ganancia
Carga de salida dependencia	voltaje de salida depende en gran medida de la carga conectada	Puede conducir directamente cargas de voltaje más fácilmente
Control analógico Capacidad	Muy adecuado para circuitos analógicos controlados por voltaje	Mejor para estándar amplificación y acondicionamiento de señal
Flexibilidad del circuito	Adecuado para variables comportamiento analógico	Útil para fijos y amplificación estable
Enfoque de diseño típico	Análogo de dominio actual diseño	Analógico en dominio de voltaje diseño
Mejor usado cuando	Necesitas ajustable comportamiento controlado por ganancia o voltaje	Necesitas estable amplificación de voltaje
Estilo de uso común	Analógico dinámico circuitos de control	Propósito general circuitos amplificadores
Complejidad de la producción etapa	Requiere externo conversión de carga para salida de voltaje	Salida de voltaje directo es más fácil de usar
Analógico de alta frecuencia controlar	A menudo se prefiere en sistemas analógicos sintonizables	Usado en general sistemas analógicos

Configuraciones básicas del circuito OTA

Las OTA se pueden conectar de diferentes maneras dependiendo de cómo las señales entran y salen del circuito.Las tres configuraciones OTA comunes son Entrada única Salida única (SISO), Entrada diferencial Salida única (DISO) y Salida diferencial de entrada diferencial (DIDO).Estas configuraciones afectan el flujo de la señal, el rendimiento del ruido y cómo la OTA se conecta a la siguiente etapa analógica.

OTA de entrada única y salida única (SISO)

Un SISO OTA utiliza una señal de entrada activa y una corriente de salida.La otra entrada suele estar conectada a tierra o a una tensión de referencia.En esta configuración, la OTA compara la señal de entrada con la referencia y produce una corriente de salida basada en esa diferencia.Esta es la configuración OTA más simple.Es fácil de conectar, utiliza menos líneas de señal y es adecuado para el control básico de señales analógicas.

Figura 4. Configuración SISO OTA

Entrada diferencial Salida única (DISO) OTA

Un DISO OTA utiliza las entradas positiva (+) y negativa (-), pero proporciona solo una corriente de salida.La OTA compara los dos voltajes de entrada y responde a la diferencia entre ellos.Esta configuración mejora la precisión de la señal ya que puede reducir el ruido no deseado que aparece en ambas entradas.

Figura 5. Configuración de DISO OTA

Entrada diferencial Salida diferencial (DIDO) OTA

Un DIDO OTA utiliza entradas diferenciales y también proporciona salidas diferenciales.Esto significa que la OTA compara dos voltajes de entrada y produce dos corrientes de salida que se mueven en direcciones opuestas.Se trata de una estructura OTA totalmente diferencial.Proporciona un mejor rechazo del ruido, un flujo de señal equilibrado y una mayor integridad de la señal en circuitos analógicos más avanzados.

Figura 6. Configuración DIDO OTA

Características de entrada y salida

La etapa de entrada OTA compara señales de voltaje, mientras que el lado de salida se comporta como una fuente de corriente de alta impedancia.Un SISO OTA es más simple y fácil de usar, un DISO OTA mejora la precisión de la señal de entrada y un DIDO OTA brinda el comportamiento de señal mejor balanceado cuando un circuito necesita una salida diferencial.

Aplicaciones OTA en circuitos electrónicos

Filtros activos / filtros controlados por voltaje: Control electrónico de frecuencia en filtros analógicos.

Amplificadores controlados por voltaje (VCA): Ganancia de señal ajustable en sistemas de audio y analógicos.

Osciladores: Generación de señal de reloj y forma de onda.

Mezcladores: Combinación de señales y conversión de frecuencia en circuitos de comunicación y RF.

Circuitos de control automático de ganancia (AGC): Ajuste automático del nivel de señal.

Circuitos de modulación de señal.: Control de amplitud y señal analógica en sistemas de comunicación.

Ecualizadores de audio: Conformación de frecuencia y ajuste de tono en electrónica de audio.

sintetizadores analógicos: Generación de sonido y control de filtros en electrónica musical.

ADC y DAC: Etapas de acondicionamiento y conversión de señales analógicas.

Amplificadores de retroalimentación de corriente: Procesamiento de señales analógicas de alta velocidad.

Circuitos de controladores LED: Regulación actual para el control de brillo del LED.

Interfaces de sensores capacitivos: Amplificación y procesamiento de señales de sensores.

Integradores de pulso rápido: Circuitos de integración analógicos de alta velocidad.

Multiplicadores analógicos: Multiplicación y modulación de señales.

IC OTA populares y sus características

Característica	LM13700	LM13600	CA3080	moderno Alternativas OTA
Tipo OTA	OTA dual con buffers	Diseño OTA dual más antiguo	Diseño único OTA	Circuitos integrados basados en OTA más nuevos
Uso principal	Filtros de audio, VCA, osciladores, sintetizadores	Filtros más antiguos y circuitos de control de ganancia	Sintetizadores antiguos y circuitos de modulación	Audio de bajo ruido, sensores, analógicos de precisión
Rango de suministro	Amplia gama de suministro para muchos circuitos analógicos	Amplia gama de oferta pero diseño antiguo	Rango de oferta moderado	A menudo apoya moderno rieles de baja tensión
Ruido	Lo suficientemente bueno para la mayoría Usos de audio y analógico.	Ruido moderado rendimiento	Mayor ruido que OTA más nuevas	Generalmente menos ruido y mayor precisión
Calidad de audio	Bueno para VCA, filtros y circuitos de sintetizador	Utilizable, pero menos preferido hoy	Más vintage que sonido limpio	Mejor para más limpio, audio de baja distorsión
Paquete	INMERSIÓN y SOIC	DIP mayoritariamente antiguo versiones	DIP mayoritariamente antiguo versiones	Generalmente SOIC, QFN o otros paquetes SMD
Ventajas	Fácil de encontrar, flexible, bien documentado	Útil para OTA más antiguas circuitos	Sencillo y bueno para diseños clásicos	Mejor linealidad, menor potencia, menor tamaño
Limitaciones	Diseño más antiguo, no el opción de menor ruido	Menos común que LM13700	suministro limitado, mayor ruido	Puede necesitar cuidado diseño y rediseño
Mejor para	Proyectos generales de OTA	Mantener mayores circuitos	Estilo vintage proyectos	Precisión moderna diseños

Problemas de diseño de OTA y solución de problemas

distorsión – Esto sucede cuando la señal de entrada es demasiado grande o la OTA está funcionando fuera de su rango lineal.La salida puede sonar o parecer inexacta.Para mejorar la precisión de la señal, debe reducir el nivel de la señal de entrada y ajustar la corriente de polarización correctamente.

Ruido – El ruido proviene de una mala conexión a tierra, líneas eléctricas ruidosas, líneas largas o ganancia alta.Esto puede hacer que la salida sea inestable o poco clara.Para reducir el ruido no deseado, debe utilizar fuentes de alimentación limpias, rutas de señal cortas, conexión a tierra adecuada y condensadores de desacoplamiento.

Recorte – El recorte ocurre cuando la salida alcanza su límite y ya no puede seguir la señal correctamente.Esto se debe a un nivel de entrada alto, un voltaje de suministro bajo o condiciones de carga inadecuadas.Para evitar la saturación, debe reducir el nivel de la señal y verificar el voltaje de suministro y los requisitos de carga.

Inestabilidad actual sesgada – Dado que la corriente de polarización controla la ganancia OTA, la corriente de polarización inestable puede provocar cambios en la ganancia o un comportamiento de salida inconsistente.Para mantener estable la respuesta de OTA, debe utilizar una fuente de corriente estable y agregar filtrado al circuito de control de polarización.

Oscilación – La oscilación puede ocurrir debido a retroalimentación no deseada, diseño deficiente de la PCB o trazas largas de alta impedancia.Esto puede hacer que el circuito genere señales no deseadas.Para mejorar la estabilidad, debe acortar las trazas de la señal, separar las rutas de entrada y salida y colocar condensadores de derivación cerca de la OTA.

Deriva de temperatura – El comportamiento de OTA puede cambiar cuando cambia la temperatura.Esto puede afectar la ganancia, la corriente de polarización y la estabilidad de salida con el tiempo.Para reducir los problemas relacionados con la temperatura, debe utilizar componentes de polarización estable y evitar colocar la OTA cerca de componentes calientes.

Diseño deficiente de PCB – Una mala disposición de la PCB puede generar ruido, diafonía y un funcionamiento inestable.Los circuitos OTA son sensibles ya que suelen funcionar con pequeñas señales analógicas y nodos de alta impedancia.Para mejorar el rendimiento del circuito, debe mantener cortas las pistas analógicas, utilizar un plano de tierra sólido y separar las rutas de las señales analógicas y digitales.

Limitaciones de linealidad de la señal – Las OTA no son perfectamente lineales en todos los niveles de señal.Grandes diferencias de voltaje de entrada pueden reducir la precisión de la salida y aumentar la distorsión.Para mantener una mejor linealidad, debe mantener la señal de entrada dentro del rango operativo recomendado y ajustar la corriente de polarización correctamente.

OTA frente a alternativas analógicas modernas

OTA frente a VCA

Un VCA se construye principalmente para un control suave de la ganancia de voltaje, mientras que un OTA se usa a menudo como elemento de control dentro de ese tipo de circuito.La principal diferencia es que un VCA es más fácil de usar cuando el objetivo es el control directo de ganancia, mientras que un OTA brinda más flexibilidad de diseño cuando se necesita control basado en corriente y comportamiento analógico personalizado.

OTA frente a DSP

DSP utiliza procesamiento digital, software y algoritmos para controlar las señales.Ofrece más flexibilidad para filtrado, efectos y procesamiento de señales complejas, pero generalmente necesita ADC, DAC y más diseño de sistema.Una OTA es mejor cuando el circuito necesita control analógico en tiempo real, baja latencia y una sintonización electrónica más simple.

Circuitos integrados analógicos OTA frente a CMOS

Los circuitos integrados analógicos CMOS modernos combinan varias funciones analógicas en chips pequeños y de bajo consumo.Son buenos cuando necesitas un tamaño compacto, menor potencia y una integración más sencilla.Una OTA sigue siendo buena cuando el diseño necesita sintonización analógica directa o un circuito personalizado controlado por corriente.

OTA frente a amplificadores de instrumentación

Los amplificadores de instrumentación están fabricados para una medición precisa del voltaje, una alta impedancia de entrada y un fuerte rechazo del ruido.Son mejores para sensores y circuitos de medición precisos.Una OTA es más adecuada cuando el circuito necesita ganancia ajustable, filtrado o comportamiento analógico controlado por voltaje.

Cómo elegir el IC OTA adecuado

Elige un IC OTA basado en lo que tu necesidades del circuito.Para circuitos de audio, sintetizadores, y AVC, elige uno con bajo ruido y buena calidad de señal para que el sonido no se vuelva ruidoso ni distorsionado.Para filtros activos y osciladores, revisa el ancho de banda ya que afecta la precisión y estabilidad de la frecuencia.

también comprobar la tensión de alimentación.Algunos IC OTA más antiguos necesitan fuentes de alimentación más amplias o duales, mientras que los circuitos integrados OTA modernos pueden funcionar mejor en circuitos de bajo voltaje o alimentados por baterías.Si su circuito maneja señales más grandes, elige una OTA con mejor linealidad para reducir la distorsión.

Corriente de polarización También se requiere control porque afecta ganar, ajuste de filtro, y funcionamiento controlado por voltaje.Un rango de control más amplio le brinda más flexibilidad.Para creación de prototipos o aprendiendo, inmersión Los paquetes son más fáciles de usar.Para diseños de PCB compactos, SOIC o SMT Los paquetes son mejores.

Por último, verifique disponibilidad antes de comprar.Las OTA más antiguas pueden ser más difíciles de encontrar o pueden tener riesgos de falsificación.Para la mayoría de los proyectos generales, LM13700 es una elección segura.Para circuitos antiguos, CA3080 o LM13600 puede encajar mejor.Para diseños modernos, de bajo ruido o de bajo consumo, elija un IC OTA más nuevo.