Seguidor de voltaje opamp con retroalimentación positiva débil

Estoy tratando de obtener una comprensión intuitiva del siguiente circuito:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Este es un seguidor de voltaje simple con un seguimiento corto entre la salida y la entrada inversora. También hay una ruta de retroalimentación a la entrada no inversora con una resistencia sustancialmente mayor. Así que asumiría que prácticamente la retroalimentación es completamente negativa, y el circuito debería comportarse como un simple seguidor de voltaje. De hecho, el punto de operación parece reproducir V1 como voltaje de salida.

Sin embargo, al simular en LTspice, observo un ruido tremendo que se origina en R2. Ahora el ruido térmico de R2 sería de unos 0,41 nV/rtHz. Y la ganancia del circuito es 1 como se mencionó anteriormente. Pero LTspice informa 41 nV/rtHz como ruido de salida y lo atribuye prácticamente todo a R2.

¿ Por qué el ruido de R2 se gana por un factor de R1/R2?

El ruido de R3 se amplifica por el mismo factor, aunque no está en este camino de retroalimentación.

¿ Por qué el ruido de R3 se gana por un factor de R1/R2?

Puede ser útil si dibuja un modelo de circuito que muestre las fuentes de ruido como se muestra en esta referencia Análisis de ruido en circuitos de amplificadores operativos: ti.com/lit/an/slva043b/slva043b.pdf . El aislamiento de la fuente de ruido podría dar una idea del factor de amplificación del ruido.
¿Qué modelo está utilizando para el amplificador operacional en LTspice? ¿Estás seguro de que no está oscilando?
Creo que el ruido que ves se debe a R1. Es 100 veces mayor que R2 y el ruido es 100 veces mayor que el de una resistencia de diez ohmios a 30°C Y R1 es cien veces mayor que R2. ¿Coincidencia tal vez?
@ElliotAlderson Es un nivel 1 de UniversalOpamp predeterminado. El opamp en sí es silencioso. El punto de operación y el transitorio parecen estables.

Respuestas (1)

Cualquier voltaje generado a través de R2 debido al ruido provocará un desequilibrio en los voltajes en las dos entradas del opamp.

La salida se moverá entonces en tal dirección para contrarrestar este desequilibrio.

Debido a la atenuación de la salida a las entradas causada por la relación de R1 y R2, la salida debe moverse unas 100 veces más para compensar.

Se observa un efecto similar para cualquier ruido generado por R3.

El ruido de R1 experimenta una ganancia general de unidad.

Es muy raro que una configuración como la que se muestra se utilice en un circuito práctico por las razones que ha encontrado. Sin embargo, ocasionalmente puede ser una buena solución para mejorar la estabilidad en un circuito al reducir intencionalmente la ganancia del bucle, incluso si empeora la ganancia de ruido.

El problema surge bajo el término general "ganancia de ruido", donde la ganancia del ruido puede ser significativamente diferente de la ganancia de la señal deseada. Es especialmente un problema en algunos circuitos, como los amplificadores de transimpedancia donde la capacitancia de un dispositivo como un fotodetector puede hacer que el ruido se amplifique fuera de proporción con la señal del fotodetector.

Gracias. Suena tan lógico que parece vergonzoso haber preguntado en primer lugar: la señal de una buena respuesta 😊. Sin embargo, un voltaje a través de R1 no causaría el mismo desequilibrio y respuesta 🤔 La ganancia de ruido de R1 parece ser ~ 1 según LTspice.
@tobalt: la ganancia de ruido de R3 también es de aproximadamente 100. Si, por ejemplo, reemplaza R3 con una batería de 1 V, el voltaje en R2 tendría que ser de 1 V para que el opamp esté equilibrado. Esto requeriría 100 V en R1, lo que daría como resultado 101 V en la salida de una señal de 1 V en R3.
@tobalt - Ups. Sí, la ganancia de ruido de R1 es la unidad. Es indistinguible del voltaje en la entrada V1. Cualquier ruido de R1 se atenúa por un factor de 101 a la entrada no inversora, luego se multiplica por 101 a la salida dando una ganancia total de unidad.
It is very rare that a configuration such as that shown would be used in any practical circuit for the reasons you have found.El problema es que a veces no se puede evitar: considere un seguidor de voltaje con R3=1mohm, R2=1Gohm. Por lo general, esto estará bien, pero si la impedancia de su fuente es de 10 Gohm, el ruido de repente aumenta mucho. Para no amplificar el ruido, R2 siempre debe ser mayor que la impedancia de la fuente, lo que se convierte en un desafío para los diseños de electrómetros.
@tobalt: en un electrómetro, R2 no existiría.
R2 existe siempre. La pregunta es qué tan grande se puede hacer.
@tobalt: rara vez hay comentarios de la salida a la entrada. Habrá fugas a tierra o al suministro. Esa fuga puede ser femto-amperios en un electrómetro moderno.
Seguidor de voltaje opamp con retroalimentación positiva débil
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