Pregunta sobre señales diferenciales como entrada de un amplificador operacional

Noté que en todos estos circuitos, el libro que leí siempre asume una entrada diferencial, es decir, dos señales (pequeñas) con el mismo valor de CC y amplitudes que son iguales y opuestas. ... La pregunta es: ¿quién dice que, cuando cierre estos circuitos con realimentación, tendré en los terminales inversor y no inversor una entrada diferencial perfecta?

Si tiene dos voltajes de entrada,$V_+(t)$y$V_-(t)$, puede descomponerlos en señales de modo común y diferencial

y si conoce las partes del modo diferencial y común, puede reconstruir las dos señales independientes de un solo extremo

Entonces, independientemente de cuáles sean las señales de entrada reales en su amplificador operacional, puede analizarlas (usando la superposición, como mencionó) como señales diferenciales y de modo común.

Y, si tiene un amplificador operacional bien diseñado, probablemente ya haya aprendido que la ganancia del modo común es muy pequeña, particularmente en comparación con la ganancia diferencial. Entonces, al menos para el cálculo manual, es bastante razonable simplemente ignorar el componente de modo común de la entrada y calcular la salida solo a partir de la parte diferencial de la entrada.

Puede ver que el terminal no inversor está fijo a tierra, entonces es imposible tener una entrada diferencial para el amplificador operacional.

Esto no es correcto. Si hay una diferencia entre las dos entradas, tiene un componente diferencial en su señal de entrada. En tu ejemplo, con$V_+=0$, tienes$V_d = -V_-$(y también$V_{cm}=V_-/2$).

El amplificador operacional no sabe que la entrada no inversora está conectada a tierra. El amplificador operacional solo ve que la entrada inversora está un poco por encima o por debajo del voltaje en la entrada no inversora (suponiendo que tengamos retroalimentación negativa).

Es la retroalimentación negativa la que fuerza a las dos entradas a estar muy juntas.

Entonces, el amplificador operacional actúa como un amplificador de diferencia, amplificando la pequeña diferencia de voltaje entre las dos entradas. Debido a que hemos agregado retroalimentación negativa, hemos restringido todo el circuito para que actúe como un amplificador lineal con una ganancia determinada por los valores de la resistencia.

Para simplificar el siguiente análisis, he asumido que el amplificador operacional es ideal (voltaje de compensación de entrada cero, etc.). Además, M5 en la figura 5.12 no debería ser un dispositivo bipolar. En la siguiente descripción de la operación he asumido que lo es.

Comencemos asumiendo que ambas entradas del amplificador operacional están exactamente en cero voltios, la salida está en un voltaje que pone la entrada negativa exactamente en el potencial de tierra. En esta situación, no saldría corriente del amplificador diferencial y M5 se apagará porque no tiene corriente de base. Esto significa que la salida comenzará a aumentar, pero no tiene que aumentar mucho antes de que la retroalimentación a través de la red de retroalimentación cree una pequeña diferencia de voltaje en la entrada que fuerza una pequeña corriente de base en la base de M5 encendiéndolo y deteniendo la salida. subiendo más. La salida se ha detenido con un pequeño error. La salida no puede aumentar porque esto encendería M5 más fuerte, no puede caer porque esto encendería M5 menos. La única manera de lograr que el voltaje de salida varíe es variar Vin. Como Vin varía, el voltaje de salida varía al igual que el pequeño error de voltaje en la salida necesario para crear el Vdiff variable en la entrada. Vdiff varía ligeramente entre las entradas a medida que la salida sube y baja en respuesta al cambio de entrada porque M5 necesita ser encendido/apagado en la cantidad correcta.

Cuanto mayor sea la ganancia de bucle abierto de CC, menor será el error de salida y menor será Vdiff entre las entradas. Los amplificadores operacionales de precisión tienen una alta ganancia de bucle abierto.

el terminal no inversor está fijo a tierra, entonces es imposible tener una entrada diferencial para el amplificador operacional

Tal vez la forma en que piensas en "dos señales diferenciales perfectas" está causando cierta confusión. Considere que tiene dos voltajes diferentes$V_A$y$V_B$, por lo tanto, una señal diferencial .$V_{DC} = (V_A + V_B)/2$es su componente dc y$V_{dif} = (V_A - V_B)$la diferencia _ Por conveniencia y para simplificar el análisis por superposición, como escribiste en tu pregunta, superpones las señales$V_{DC} \pm V_{dif} / 2$.

Si$V_A = 0\,\mathrm{V}$y$V_B = 1\,\mathrm{V}$que$V_{DC} = 0.5\,\mathrm{V}$y$V_{AC} = 0.5\,\mathrm{V}$.