¿Por qué la señal siempre se ingresa en el puerto negativo al invertir el amplificador operacional?

Comencemos con una declaración: ** La salida de un amplificador operacional es

$$ V_ {OUT} = A (V_ {IN +} - V_ {IN-}) $$

Donde \ $ A \ $ es la ganancia de bucle abierto, \ $ V_ {IN +} \ $ es el voltaje de entrada no inversor y \ $ V_ {IN -} \ $ es el voltaje de entrada inversor. Esta es la forma en que se diseñan los opamps y A (la ganancia de bucle abierto) es un número grande, generalmente en el orden de 10 \ $ ^ 5 \ $.

De esto podemos ver que si el '+' es 1 mV más alto que la entrada '-', la salida se dirigirá hacia 100 V pero quedará sujeta al riel de suministro positivo. De manera similar, si la entrada '-' es 1 mV más alta que la entrada '+', la salida se dirigirá a -100 V pero quedará sujeta por el riel de suministro negativo.

Figura1.Invertirconfiguración.

Siaplicamos1Ven(A)alaconfiguracióndeinversión,laentrada'-'(puntoC)comenzaráaaumentar.Podemoscalcularapartirdenuestrafórmulaqueestoharáquelasalida(B)seanegativa.SilasalidasobrepasaelpuntoC,seránegativoylasalida(B)serápositiva.Elsistemaseasentarácuando(C)estémuycercadelaentradanoinversora,0V.

EnestaetapatenemosundivisordevoltajecreadoporR3yR4.(A)estáa1V,(C)estáa0V,porloque(B)debeestara-10V.Tenemosunamplificadorconunagananciade-10.esdecir,seestáinvirtiendo.

Figura 2. Entradas intercambiadas.

En el caso de la Figura 2, aplicamos 1 V en (A). Esto comienza a tirar de la tensión en (B) positivo. Podemos ver en la ecuación de ganancia que la salida también aumentará. La resistencia de realimentación R2 proporciona una retroalimentación positiva que hace que la entrada '+' sea aún más alta. Si el amplificador operacional se alimenta desde ± 12 V, entonces la salida probablemente aumentará a aproximadamente 10 V. Si R2 y R1 proporcionan un divisor 11: 1, el voltaje en la entrada '+' estará a 1/11 del camino entre 1 y 10 V (alrededor de 1.8 V). \ $ V_B = (V_C - V_A) \ frac {R1} {R1 + R2} + V_1 \ $.

Si comenzamos a disminuir el voltaje en (A), nada sucede en la salida durante algún tiempo. Cuando (A) sea 0 V (B) será \ $ \ frac {10} {11} \ $ manteniendo la salida a +10 V.

Solo cuando \ $ V_A \ $ llega a -1 V, la salida comenzará a cambiar a negativo.

Esta disposición se conoce como un disparador Schmitt y es muy útil para dar una señal de conmutación limpia para una entrada ruidosa, por ejemplo.

Su suposición "el valor del voltaje de salida es el mismo si conecto la señal de entrada en el puerto + o si conecto la señal de entrada en el puerto". está mal.

Su circuito izquierdo no funciona como un amplificador lineal. Iuses retroalimentación positiva. Dependiendo de la tensión de entrada, se satura cerca de uno de los voltajes de alimentación (no se muestra en sus diagramas; probablemente + 10V y -10V; en su caso, se satura a -10V).

Por lo tanto, el circuito de la izquierda no es un circuito que tenga sentido compararlo con el de la derecha. Sin embargo, podría ser útil como disparador de Schmitt (es decir, comparador con histéresis).

Si compara dos circuitos (amplificadores), no es suficiente comparar los voltajes de entrada y salida de solo una instancia (en su caso \ $ V_ {in} \ $ = 1V, \ $ V_ {out} \ $ = - 10V) pero de todo el rango de operación.
Si comparara el comportamiento de los circuitos a otros voltajes (por ejemplo, \ $ V_ {in} \ $ = 0.5V), habría encontrado que no son equivalentes.

El supuesto de que los terminales inversor (-) y no inversor (+) tienen aproximadamente el mismo voltaje, solo es válido cuando el amplificador operacional está configurado para retroalimentación negativa y su salida no está saturada.

La realimentación negativa hace que la salida converja de tal manera que el terminal inversor y los terminales no inversores están muy cerca del mismo voltaje. Cuanto mayor sea la ganancia de bucle abierto, menor será la diferencia de voltaje.

La retroalimentación positiva hace que la salida se desvíe de ese punto de balance, hacia el límite de suministro positivo o el límite de suministro negativo. Este es un comportamiento deseable para la histéresis (disparador de Schmitt) o el bloqueo de la memoria, pero no un comportamiento deseable para un amplificador.

Es posible configurar un amplificador no inversor, que tenga la señal de entrada aplicada en la entrada no inversora (+), similar al circuito que tiene a la izquierda. Pero la diferencia clave es que la retroalimentación (R2) todavía debe conectarse a la entrada de inversión (-).

Has descubierto la debilidad presente en la mayoría de los simuladores.

Puede conectar un amplificador operacional con retroalimentación positiva y encontrar que parece ser estable, produciendo -10V cuando la entrada es + 1V y la ganancia es supuestamente | 10 |.

Sí, la realidad también lo hará, ¡pero solo durante una segunda parte! Luego, la salida se verá perturbada por un poco de ruido y se estrellará contra los rieles tan rápido como sea posible. Se estrella contra los rieles porque la respuesta es positiva.