¿Cuál es el propósito de una resistencia en la ruta de retroalimentación de un búfer de ganancia unitaria?

Rara vez verá un circuito con solo una resistencia como lo muestra; por lo general, también habrá otra resistencia (o resistencia de fuente equivalente) del mismo valor en la entrada no inversora.

La mayoría de los amplificadores operacionales (no ideales) tienen una resistencia de entrada finita, y esto significa que una pequeña corriente fluye hacia adentro o hacia afuera de los terminales de entrada. Esta corriente se llama "corriente de polarización de entrada" y varía con el voltaje en las entradas. Dado que la mayoría de los circuitos opamp usan retroalimentación negativa para mantener las dos entradas al mismo voltaje, esto significa que para cualquier voltaje dado, la corriente a través de ambas entradas será la misma.

La corriente a través de cada entrada fluye a través de cualquier resistencia que esté conectada a esa entrada, y esto introduce un cambio de voltaje en la entrada. Si la resistencia en las dos entradas es diferente, este cambio de voltaje también será diferente, y la diferencia entre esos dos cambios aparecerá como un error de compensación de entrada adicional en la operación del circuito.

Por esta razón, se hace un esfuerzo en todos los circuitos opamp para asegurarse de que las resistencias conectadas a las dos entradas sean las mismas, eliminando esta fuente adicional de error. Incluso en un búfer de ganancia unitaria, si la resistencia de la fuente es de 100 Ω, se utilizará una resistencia de 100 Ω en la ruta de retroalimentación.

Aquí hay un extracto de la hoja de datos OP27 , que muestra que la respuesta es más complicada que igualar las impedancias vistas por las dos entradas:

Y otro ejemplo, de la hoja de datos AD797:

Una de las razones por las que se puede usar la resistencia de retroalimentación es para que coincida con la impedancia de salida de Vin. Los amplificadores operacionales reales tienen sesgo de corriente de entrada y compensación de corriente de entrada.

Tomemos por ejemplo este circuito representativo:

Aquí, he creado un modelo más realista de un amplificador operacional agregando fuentes de corriente que simulan la corriente que fluye hacia los terminales de un amplificador operacional real. La diferencia entre las dos corrientes de entrada es la corriente de entrada compensada.

El voltaje de entrada en el terminal de entrada positivo en realidad es:

$$\begin{equation} Vin_{actual} = Vin - I_1 \cdot R_1 \end{equation}$$

A través de la acción ideal del amplificador operacional, el voltaje del terminal de entrada negativo es el mismo. Entonces podemos calcular el voltaje de salida resultante:

$$\begin{equation} Vout = Vin_{actual} + I_2 \cdot R_2\\ Vout = Vin - I_1 \cdot R_1 + I_2 \cdot R_2\\ \end{equation}$$

Al hacer coincidir estrechamente R1 y R2, el efecto de la corriente de polarización de entrada se anula de manera efectiva. Sin embargo, tenga en cuenta que esto no resuelve la corriente de compensación de entrada. Para resolver ambos problemas, asegúrese de que la resistencia de R1 y R2 sea pequeña. Esto resolverá los problemas de la corriente de compensación de entrada y la corriente de polarización de entrada. Con un R1 lo suficientemente pequeño, es posible que no haya necesidad de un R2 coincidente discreto real, aunque, por supuesto, obtendrá mejores resultados si hay uno.

¡Encontré otra razón! En los amplificadores operacionales JFET, la capacitancia de entrada cambia con el voltaje, lo que crea distorsión en la configuración no inversora (donde el voltaje en la entrada cambia con la señal).

Es posible cancelar esta distorsión colocando una resistencia igual a la impedancia de la fuente en el circuito de retroalimentación del amplificador operacional. Esto produce una señal de distorsión idéntica en la entrada inversora del amplificador operacional. Debido a que la distorsión ahora es común a ambas entradas, se elimina mediante el rechazo de modo común del amplificador operacional. Desafortunadamente, la resistencia en la ruta de retroalimentación introduce ruido adicional y también puede causar problemas de estabilidad si es muy grande.

TI: Distorsión e impedancia de fuente en amplificadores operacionales de entrada JFET

Hay 2 tipos de amplificadores operacionales: retroalimentación de voltaje y retroalimentación de corriente. En la retroalimentación actual, como se puede adivinar por su nombre, la corriente impulsada desde la salida a la entrada a través de la "resistencia de retroalimentación" Rf determina 1) el ancho de banda 2) la ganancia cuando se asocia en un divisor de corriente con Rg "resistencia de tierra". En los amplificadores operacionales de retroalimentación actuales, si hay una resistencia de retroalimentación muy baja, esta nota de aplicación http://www.ti.com/lit/an/slva051/slva051.pdf dice que el amplificador operacional oscilará. Elegir un valor alto disminuirá el ancho de banda.

De hecho, hay tantos tipos diferentes de amplificadores operacionales en la actualidad que el modelo simple de entradas de impedancia infinita que implica Vin+ = Vin- está lejos de ser cierto en muchos casos. Muchos amplificadores operacionales tienen valores bajos de impedancia de entrada, otros tienen una impedancia muy alta en +In y muy baja en -In. Los amplificadores operacionales VHF son todos de retroalimentación actual y muy delicados de implementar, como el LMH6703

Esta retroalimentación completamente en el ancho de banda de OA con su compensación interna de ganancia unitaria. No existe una solución única para todos los OA

http://www.ti.com/lit/ds/sbos267d/sbos267d.pdf

G = +1, RF = 25Ω

Conclusión; Cada OA es único. Use las especificaciones recomendadas o prueba y error.

Apéndice

Si no se especifica y la ganancia unitaria es estable, probablemente se aplique Rf=0. Esto suele suceder para OA de ancho de banda bajo, como < 10 MHz.

La falta de coincidencia de la corriente de entrada no sería una razón para esta resistencia, ya que la impedancia de la fuente de voltaje para la entrada (+) ni siquiera está especificada.