Op-amp: principio de tierra virtual y otras dudas [cerrado]

Si un amplificador operacional amplifica la diferencia entre V+ y V-, ¿cómo puede funcionar si por el principio de tierra virtual V+ = V-, y si V+ = V- no hay diferencia para amplificar?

Tiene razón, en la vida real, el amplificador operacional solo (sin ningún circuito de retroalimentación) no es más que un amplificador diferencial. El voltaje de salida es la diferencia entre el$+$y$-$entradas multiplicadas por la ganancia de lazo abierto (Aol):

$V_{OUT} = (V_+ − V_−)*A_{OL}$

Además, debe recordar que la ganancia de bucle abierto del amplificador operacional es muy grande; por lo tanto, un cambio muy pequeño entre el voltaje de entrada causará un cambio grande en la salida (Fig. b, c y d).

La diferencia de voltaje en la entrada debe ser igual a:

$V_+ - V_− = \frac{Vout}{A_{OL}} = \frac{3V}{100\: 000} = 30\mu V$(figura d)

Como puede ver, esta diferencia es realmente muy pequeña. Por lo tanto, podemos decir sin mucho error que$V_+ \approx V_−$cuando el amplificador operacional funciona en una región lineal (retroalimentación negativa aplicada alrededor del amplificador operacional) y cuando la ganancia de bucle abierto es muy alta.

Además, en la teoría de circuitos analizamos el circuito asumiendo que tenemos un opamp ideal. Y una de las propiedades de un amplificador operacional ideal es que tiene una ganancia de bucle abierto infinitamente grande. Trate de pensar en ello por un tiempo. Y espero que ahora veas por qué$V_+ = V_−$es cierto para el caso ideal de amplificador operacional (ganancia infinita de bucle abierto).

Volver a lo básico

Cuando aumenta el voltaje en la entrada "+" (no inversora), el voltaje de salida también aumenta. Aumente el voltaje en la entrada "-" (entrada inversora), disminuya el voltaje de salida. Disminuir el voltaje en la entrada "-" aumenta el voltaje de salida.

Ahora trata de analizar este circuito:

En este circuito tiene retroalimentación negativa aplicada por la resistencia R2.

Ahora comprendamos cómo la retroalimentación negativa devuelta a través de R2 afecta la operación del amplificador. Para comenzar nuestra discusión, congelemos momentáneamente la señal de entrada cuando pasa por 0 voltios. En este instante, el amplificador operacional no tiene voltaje de entrada (es decir, VD = 0 = voltaje entre los terminales de entrada (+) y (-) (VD)). Es este voltaje de entrada diferencial el que es amplificado por la ganancia del amplificador operacional para convertirse en el voltaje de salida. En este caso, el voltaje de salida será 0. Ahora suponga que el voltaje de salida intenta desviarse en una dirección positiva. ¿Puedes ver que este cambio positivo se sentiría a través de R2 y haría que el pin inversor (-) del amplificador operacional se volviera ligeramente positivo? el amplificador operacional está en el potencial de tierra. Esto hace que VD sea mayor que 0, siendo el terminal (-) el más positivo. Cuando el amplificador operacional amplifica VD, aparece en la salida como un voltaje negativo (acción del amplificador inversor). Esto obliga a la salida, que inicialmente había intentado desviarse en una dirección positiva, a volver a su estado 0. Una acción similar, pero opuesta, ocurriría si la salida intentara desviarse en la dirección negativa. Por lo tanto, mientras la entrada se mantenga en 0 voltios, la salida se verá obligada a permanecer en 0 voltios.

Ahora supongamos que permitimos que la señal de entrada aumente a un nivel instantáneo de +2 voltios y la congelamos para los propósitos de la siguiente discusión. Con +2 voltios aplicados a R1 y 0V en la salida del amplificador operacional, el divisor de voltaje formado por R2 y R1 tendrá dos voltios entre ellos. Dado que el terminal (-) del amplificador operacional no consume una corriente significativa, el divisor de voltaje está esencialmente descargado. Podemos ver, incluso sin calcular valores, que la entrada (-) ahora será positiva. Su valor será algo inferior a 2 voltios por la acción del divisor de tensión, pero definitivamente será positivo. El amplificador operacional ahora amplificará este voltaje (VD) para producir una salida negativa. A medida que la salida comienza a aumentar en la dirección negativa, el divisor de voltaje ahora tiene un voltaje positivo (+2 voltios) en un extremo y un voltaje negativo (salida creciente) en el otro extremo. Por lo tanto, la entrada (-) puede seguir siendo positiva, pero disminuirá a medida que la salida se vuelva más negativa. Si la salida se vuelve lo suficientemente negativa, entonces el pin (-) (VD) se volverá negativo. Sin embargo, si este pin alguna vez se vuelve negativo, entonces el voltaje se amplificaría y aparecería en la salida como una señal positiva. Entonces, verá, para un voltaje instantáneo dado en la entrada, la salida aumentará o disminuirá rápidamente hasta que el voltaje de salida sea lo suficientemente grande como para hacer que VD regrese a su estado cercano a 0. Toda esta acción ocurre casi instantáneamente, de modo que la salida parece verse afectada de inmediato por los cambios en la entrada. pero disminuirá a medida que la salida se vuelva más negativa. Si la salida se vuelve lo suficientemente negativa, entonces el pin (-) (VD) se volverá negativo. Sin embargo, si este pin alguna vez se vuelve negativo, entonces el voltaje se amplificaría y aparecería en la salida como una señal positiva. Entonces, verá, para un voltaje instantáneo dado en la entrada, la salida aumentará o disminuirá rápidamente hasta que el voltaje de salida sea lo suficientemente grande como para hacer que VD regrese a su estado cercano a 0. Toda esta acción ocurre casi instantáneamente, de modo que la salida parece verse afectada de inmediato por los cambios en la entrada. pero disminuirá a medida que la salida se vuelva más negativa. Si la salida se vuelve lo suficientemente negativa, entonces el pin (-) (VD) se volverá negativo. Sin embargo, si este pin alguna vez se vuelve negativo, entonces el voltaje se amplificaría y aparecería en la salida como una señal positiva. Entonces, verá, para un voltaje instantáneo dado en la entrada, la salida aumentará o disminuirá rápidamente hasta que el voltaje de salida sea lo suficientemente grande como para hacer que VD regrese a su estado cercano a 0. Toda esta acción ocurre casi instantáneamente, de modo que la salida parece verse afectada de inmediato por los cambios en la entrada. para un voltaje instantáneo dado en la entrada, la salida aumentará o disminuirá rápidamente hasta que el voltaje de salida sea lo suficientemente grande como para hacer que VD regrese a su estado cercano a 0. Toda esta acción ocurre casi instantáneamente, de modo que la salida parece verse afectada de inmediato por los cambios en la entrada. para un voltaje instantáneo dado en la entrada, la salida aumentará o disminuirá rápidamente hasta que el voltaje de salida sea lo suficientemente grande como para hacer que VD regrese a su estado cercano a 0. Toda esta acción ocurre casi instantáneamente, de modo que la salida parece verse afectada de inmediato por los cambios en la entrada.

Y la situación en el circuito cuando la ganancia de bucle abierto tiene un valor finito.

Si un OP-AMP amplifica la diferencia entre V+ y V-, ¿cómo puede funcionar si por el principio de masas virtuales V+=V-, y si V+=V- no hay diferencia para amplificar?

El principio de los nodos virtuales (igualdad de unos con otros) solo se aplica si hay una retroalimentación negativa . Si no hay resistencias de retroalimentación, no funcionará. Si no hay retroalimentación, entonces se debe usar la ecuación de ganancia de lazo abierto Vout = Aol*(V+-V-) para determinar el valor de la salida.

Considerando este circuito como el ideal del OP-AMP, ¿por qué V+=V-? (¿Por qué existe el principio de masas virtuales?) ¿Por qué el voltaje en V+ es igual al de V-?

Si el amplificador operacional tiene retroalimentación negativa, hará todo lo posible para que los terminales tengan el mismo valor, es por eso que podemos considerarlos iguales.

Mire este circuito, mi maestro dice que I1 es igual a I2, pero no puedo entender por qué: ingrese la descripción de la imagen aquí

En un amplificador operacional ideal, la corriente no puede fluir hacia V+ o V-, tienen una resistencia/impedancia infinita. Entonces la corriente solo puede pasar por las resistencias. En el mundo real, la corriente es muy pequeña, generalmente nA o pA en V+ y V-, y la impedancia de entrada es muy alta, muy por encima del rango de mega ohmios.

El I1 y el I2 que irán al punto de la masa virtual (El punto marcado en esta foto) ¿adónde fueron al final? ¿Irán al suelo físico?

El problema es la convención de vuestras corrientes, que está causando confusión. En su diagrama con la forma en que tiene dibujadas las flechas, I2 = -I1. En un amplificador operacional ideal, la corriente no puede entrar en el puerto V+ o V-.

1) Debido a las resistencias de retroalimentación. La salida oscila a tal voltaje (si es posible) que la diferencia entre V- y V+ es cero.

2) La imagen no muestra retroalimentación, por lo que la salida del amplificador operacional no puede cambiar V+ o V-. La imagen solo muestra que un amplificador operacional ideal tiene pines de entrada, una resistencia de entrada casi infinita y el voltaje de salida es el voltaje de entrada multiplicado por una ganancia casi infinita.

3) Debido a que la corriente no fluye hacia el amplificador operacional V-, toda la corriente que fluye a través de R1 también debe fluir a través de R2, no hay otra ruta para la corriente. Y como es un amplificador operacional inversor, la salida debe ser negativa para obtener cero voltios en V-, por lo tanto, Vo = -Vin.

4) Las direcciones actuales son iguales, no opuestas. Entonces, la corriente de la entrada va a la salida del amplificador operacional, a través de ambas resistencias.