¿Alguien puede explicar este circuito de amplificador operacional de ganancia y compensación?

Primero vamos a quitar la pelusa. Los 20K y 6,8K están ahí, de modo que si la entrada se desconecta, la salida será aproximadamente cero (porque la entrada efectiva será de 1,268 V, que está bastante cerca de la escala media supuesta de 1,25 V).

La ganancia de este circuito es$1 + \dfrac{27K}{13K || 5.6K} = +7.90$

Para la compensación, suponga que la entrada está en la escala media de 1,25 V y sume las corrientes en la entrada inversora.

$$V_o = 1.25V + \Big(\frac{1.25V}{5.6K} - \frac{5V - 1.25V}{13K} \Big) \cdot 27K = -0.51V$$

Entonces la función de transferencia nominal es:

$$V_o = 7.90 \cdot (V_{in} - 1.25V) - 0.51V$$

No necesariamente necesita modificar el voltaje de referencia, solo los valores de resistencia de 13K, 27K y 5.6K, y dado que solo importa la relación, realmente solo necesita modificar dos de ellos.

Te dejaré el álgebra a ti, pero como puedes ver, es bastante sencillo.

Editar: Bien, eliminé el álgebra para ti (y futuros lectores):

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Supongamos que elegimos Rf como algo razonable, se da Vref, luego queremos calcular R1 y R2. Conocemos el cambio en la salida.$\Delta$Vo para cambio en entrada$\Delta$Vin y la salida Vo(0) cuando la entrada es 0V.

$R1 = -\dfrac{V_{REF} R_F}{V_O(0)}$

$R2 = \dfrac{R_1 R_F}{R_1 \Big[\dfrac{\Delta V_O}{\Delta V_{IN}} - 1 \Big] - R_F}$

Reemplazando los valores para el problema anterior, Rf = 27K,$\Delta$Vo = 20V,$\Delta$Vin = 2,5 V, Vref = 5,0 V, Vo(0) = -10 V

Entonces,

$R1 = \dfrac{27K}{2} = 13.5K$

$R2 = \dfrac{13.5 \cdot 27}{13.5 \cdot 7 - 27} = 5.4K$

Personalmente, probablemente usaría 32.4K, 16.2K y 6.49K 1% (o mejor si se requiere mayor precisión).

Puede conectar fácilmente los valores apropiados para su problema de 3.3V.

Para analizar el comportamiento de ganancia y compensación de este circuito, podemos ignorar las resistencias de 20k y 6k8 en la entrada, ya que parece que su único propósito es proporcionar un voltaje de polarización conocido si la entrada no está conectada.
Así que ahora el circuito se parece a:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Pero con un pequeño reordenamiento tenemos:

^{simular este circuito}

que se ve notable como una configuración de amplificador operacional de suma inversora 'estándar'.
El 'truco' aquí es que lo que generalmente se consideraría las entradas ahora son voltajes de referencia fijos (5v y 0v), y lo que generalmente se consideraría la referencia ahora es la entrada variable de 0-2.5v, pero aún podemos analizar el circuito como si fuera un opamp inversor sumador si tenemos en cuenta estos puntos.

Recuerde que la regla general normal para los amplificadores operacionales con retroalimentación negativa es que se supone que el voltaje en sus entradas es igual (siempre que no exceda las capacidades del amplificador operacional).

Entonces, para una entrada de 0v, ¿qué tenemos?

V3 = 5v, por lo tanto, I3 = 5/13k = 385uA
V2 = 0v, por lo tanto, I2 = 0/5,6k = 0uA
La corriente a través de R2 y R3 se suma y debe coincidir en R1, por lo que:
I1 = -(I2 + I3) = -(0 + 385u) = -385uA
V1 = I1 x R1 = -385u x 27k = -10,4v El voltaje de salida es la suma del voltaje en R1 y el voltaje en la entrada no inversora, por lo que:
Vout = V1 + Vin = -10.4 + 0 = -10.4v

Si ahora configuramos la entrada a 2.5v, el análisis se vuelve un poco más complicado (recuerde que los voltajes en las entradas opamp son iguales):
V3 = 5 - 2.5 = 2.5v
I3 = 2.5/13k = 192uA
V2 = 0 - 2.5 = -2,5v
I2 = -2,5/5k6 = -446uA
Como antes, la corriente a través de R2 y R3 se suma y debe coincidir en R1, por lo que:
I1 = -(I2 + I3) = -(192u - 446u) = 254uA
V1 = I1 x R1 = 254u x 27k = 6.86v
El voltaje de salida sigue siendo la suma del voltaje en R1 y el voltaje en la entrada no inversora, pero ahora la entrada no inversora está en 2.5v, entonces:
Vout = V1 + Vin = 6.86 + 2.5 = 9.36v

Así que ahí lo tienes. No es una conversión perfecta de 0-2.5 a +-10 V, pero es bastante buena teniendo en cuenta que no estamos usando ningún valor de resistencia esotérico.

Olvídese de los 20k y 6k8: con una entrada de voltaje de 0 a 2,5 voltios, estas resistencias no hacen nada para explicar el circuito. Entonces te queda el caso simple de examinar dos escenarios; a saber, el 0V en el escenario y el 2.5V en el escenario.

Con 0V, la entrada inversora adquirirá 0V en virtud de que el amplificador operacional tiene retroalimentación negativa. Entonces, ¿cuál debe ser la salida del amplificador operacional para producir 0 V en esta entrada?

Sin la resistencia de realimentación de 27k, la tensión de entrada inversora será: -

5V x$\dfrac{5.6}{13 + 5.6}$= 1,5054 voltios y tiene una impedancia de fuente de 5k6||13k = 3k914 kohms.

Ahora, aplique la resistencia de retroalimentación de 27k y (mediante la acción del amplificador operacional y la retroalimentación negativa) este voltaje se lleva a 0V.

La corriente que lo lleva a 0V DEBE ser igual a 1,5054 voltios dividido por 3k914 kohms = 3,8462 mA. Esta corriente fluye a través de la resistencia de retroalimentación de 27k y esto significa que tiene un voltaje de 10.384 voltios.

En otras palabras, para 0 V en la entrada, la salida del amplificador operacional es de -10,384 voltios.

No voy a trabajar en el escenario de 2.5V porque debería ser razonablemente claro cómo hacerlo usted mismo.