Calcular el voltaje y la corriente en un amplificador operacional

Para facilitarme las cosas, tengo dos Ra en el circuito. Llamaré al Ra inferior en el esquema como Ral y al Rau superior, ¿vale? Y llamaré al nodo que conecta a Ral, Rf y al pin no inversor del opamp como V + y al nodo que conecta a Rau, Rf y al pin inversor como V-, ¿vale? Entonces, cuando el opamp tenga retroalimentación, hará todo lo posible para que el voltaje en V- y V + tenga el mismo valor. A veces se denomina "cortocircuito virtual". Con eso en mente, puedes imaginar una única red hecha por E, Ri, Rf y el otro Rf, todo en serie. En dicho circuito, es bastante fácil calcular la corriente que fluirá a través de E, Ri y ambos Rf, ¿verdad? Llamaré a eso actual como Ix. Suponiendo que el opamp es ideal, no fluirá corriente a través de los pines del opamp. Entonces, puedes ver que Ix fluirá a través de Ral, y con esa información puedes calcular el voltaje a través de Ral, ¿verdad? Entonces, puede calcular el voltaje en V +, ya que un pin de Ral está en el suelo (la referencia), así que V + tiene el mismo valor que el voltaje a través de Ral, ¿vale? Recuerde que V- y V + tienen el mismo valor? Por lo tanto, si conoce el valor de V +, conoce el valor de V-. ¿Puedes ver que Ix fluirá a través de Rau, ya que no hay otro camino para ello? ¿Puedes ver que el valor de Ia es -Ix? Al conocer el valor de Ix, ¿puedes calcular el voltaje en Rau? Si conoce el voltaje de V relacionado con la referencia, ¿puede calcular el voltaje en el otro pin de Rau relacionado con la referencia? Seguro que puede. Y ese voltaje es ... Uut.

Espero ahora que el circuito sea más fácil de entender que mi horrible inglés :)

Amplificador diferencial clásico. Las resistencias \ $ R_F \ $ y \ $ R_A \ $ conectadas a entradas de amplificador que no invierten e invierten son las mismas, respectivamente, por lo que la forma más sencilla de calcular el voltaje de salida será:

$$ V_ {out} = \ frac {R_A} {R_F} \ cdot (V_ + - V_-) $$ $$ V_ {out} = \ frac {70k \ Omega} {0.4k \ Omega} \ cdot -0.1V = -17.5V $$

Pero ... hay una resistencia interna de la fuente de voltaje \ $ R_i \ $ que está en serie con la resistencia \ $ R_F \ $ conectada a una entrada no inversora, por lo que necesitamos usar una ecuación completa para el amplificador diferencial, y suponga que \ $ R_ {Fi} \ $ es una suma de \ $ R_F \ $ y \ $ R_i \ $:

$$ V_ {out} = \ frac {(R_A + R_ {Fi}) R_A} {(R_A + R_F) R_ {Fi}} \ cdot V_ + - \ frac {R_A} {R_ {Fi}} \ cdot V_- $$

En la ecuación anterior, \ $ V _ + \ $ y \ $ V _- \ $ son potenciales referenciados a tierra. Para obtener un tema Debe recordar que se considera que ambas entradas de un amplificador operacional están siempre en el nivel del suelo. Así que \ $ E \ $, su resistencia interna y \ $ R_F \ $ resistores crean un circuito simple con una corriente común que fluye a través de ellos. Esta corriente es:

$$ I_E = E / (R_i + R_F + R_F) = 0.1V / (0.14 + 0.4 + 0.4) k \ Omega \ approx 106.4 {\ mu} A $$

La caída de voltaje en \ $ R_F \ $ es:

$$ V_ {R_F} = I_E \ cdot R_F = 106.4 {\ mu} A \ cdot 0.4k \ Omega = 42.5mV $$

Por lo tanto, el potencial \ $ V _ + \ $ (punto de conexión de \ $ R_F \ $ y \ $ E \ $ más bajo) es \ $ - 42.5mV \ $, referenciado a tierra. Y el potencial \ $ V _- \ $ (punto de conexión \ $ R_i \ $ y \ $ E \ $) es \ $ 57.5mV \ $, \ $ 100mV \ $ más alto que \ $ V _ + \ $.

Ahora, lo sabemos todo:

$$ V_ {out} = \ frac {(70k \ Omega + 0.54k \ Omega) 70k \ Omega} {(70k \ Omega + 0.4k \ Omega) 0.54k \ Omega} \ cdot -42.5mV - \ frac {70k \ Omega } {0.54k \ Omega} \ cdot 57.5mV \ approx -12.97V $$

Los flujos actuales a través de \ $ R_A \ $ son:

$$ I_A = V_ {out} / R_A = -12.97V / 70k \ Omega \ approx 185.3 {\ mu} A $$

Como user1521378 también puede asumir que \ $ V _- \ $ estará en el punto de conexión de la parte superior \ $ R_F \ $ y la resistencia interna de \ $ E \ $, entonces debe calcular el potencial en este punto de la misma manera que en \ $ V _ + \ $ y usar la primera ecuación simple para obtener el voltaje de salida.