¿Por qué los diseñadores usan amplificadores operacionales con ganancias fraccionarias?

A menudo encuentro diseños como los siguientes

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Donde la ganancia es menor que uno (   R 2 / R 1 < 1 )

¿Por qué no usar simplemente un divisor de voltaje resistivo? Más allá de la inversión (que tiende a ser irrelevante en muchas aplicaciones), un divisor con   ( R 1 − R 2 ) & R 2 produciría la misma salida con la misma impedancia de entrada. Además, no tendrá un problema de compensación, un problema de corriente de polarización de entrada, un problema de ruido de transistor o un problema de ancho de banda (agregar un par de capacitores puede hacer que sea básicamente plano en frecuencia).

Aunque mi primer instinto es considerar esto como una posible inestabilidad (ganancia más allá de la especificación del amplificador operacional), veo que es básicamente un amplificador de transconductancia estable con la corriente de entrada dada por   V i norte / R 1 , por lo que no es una objeción válida.

Respuestas (3)

¿Por qué no usar solo un divisor de voltaje? Desacopla los circuitos de entrada y salida.

  • La impedancia de salida es baja.
  • La impedancia de entrada es R1
  • La carga no tiene efecto sobre la impedancia de entrada.

El último es particularmente importante, ya que cambiar la carga en la etapa anterior puede tener efectos inesperados, por ejemplo, cambiar la respuesta de frecuencia o la no linealidad.

¿Por qué usar esto en lugar de un divisor de voltaje y un seguidor de ganancia unitaria, para aplicaciones donde la fase no importa?

  • Mismo número de componentes
  • Las entradas del amplificador operacional están en tierra, lo que es mejor para el rendimiento.

El opamp funciona como un búfer, proporcionando una impedancia de salida mucho más baja que la que tendría el divisor desnudo. Esto elimina por completo cualquier efecto de carga creado por los circuitos aguas abajo.

Una configuración de seguidor de voltaje no inversor proporcionaría el mismo beneficio (y las mismas desventajas), pero si desea la inversión, este es el camino a seguir.

Además, a veces es importante para la aplicación que el nodo entre R1 y R2 se mantenga al potencial de tierra.

@EdgarBrown, en mi experiencia, la mayoría de las aplicaciones para un búfer, para contrarrestar su experiencia, son exactamente para proporcionar una salida de baja impedancia a una entrada de alta impedancia. Un poco se siente como toda la idea del búfer.
@MarcusMüller He visto la misma idea básica con amplificadores diferenciales, en los que el caso no es tan claro y la coincidencia/búfer de impedancia es definitivamente un problema (por ejemplo, para ADC diferenciales de alta velocidad). Pero comúnmente veo esto en diseños de baja velocidad donde un divisor resistivo funcionaría al menos igual de bien.

Si su sensor tiene una impedancia de salida alta, pero el ADC necesita tomar una gran cantidad de carga y el sensor no puede proporcionar esa carga lo suficientemente rápido como para admitir la tasa de muestreo deseada, entonces podría usar este circuito.

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