Entiendo que, para que un amplificador operacional funcione correctamente, se requiere un bucle de realimentación de CC desde la salida a la entrada inversora o no inversa (dependiendo de los circuitos externos).
¿Cuál es el propósito de la retroalimentación de DC cuando se usan amplificadores operacionales? ¿Por qué es necesario y cuáles serían los efectos sin él?
Un opamp ideal tiene ganancia infinita. Amplifica la diferencia de voltaje entre los pines + y -. Por supuesto, en realidad esta ganancia no es infinita, pero sigue siendo bastante grande.
La salida del opamp (en cierta medida también la entrada) está limitada por la fuente de alimentación, no podemos salir más de lo que la fuente pone.
Si simplemente colocamos señales en el opamp sin retroalimentación, las multiplicaría por infinito y obtendría una salida binaria (se saturaría en los rieles de suministro)
Entonces, necesitamos alguna forma de controlar la ganancia. Eso es lo que hace la retroalimentación.
La retroalimentación (DC y AC) toma parte de la salida amplificada de la entrada, de modo que la ganancia se ve mucho más limitada por la red de realimentación, que es predecible, y mucho menos por la apertura masiva (e impredecible) ganancia de bucle.
Incluso en un circuito de CA solo necesitamos una retroalimentación que funcione en CC (cero Hz) o la ganancia sería solo la del lazo abierto para señales de CC. La señal de CA, aunque restringida, se verá afectada por la ganancia de bucle abierto de CC.
Ya sabe que un opamp tiene una amplificación de bucle abierto muy alta, por lo general 100 000 veces. Veamos la situación de retroalimentación más simple:
Elopampamplificaráladiferenciaentre\$V_+\$y\$V_-\$:
\$V_{OUT}=100000\times(V_+-V_-)\$
Ahora\$V_+=V_{IN}\$y\$V-=V_{OUT}\$,entonces
\$V_{OUT}=100000\times(V_{IN}-V_{OUT})\$
o,reorganizando:
\$V_{OUT}=\dfrac{100000}{100000+1}\vecesV_{IN}\$
Esoestanbuenocomo
\$V_{OUT}=V_{IN}\$
Esteesunseguidordevoltaje,unamplificador\$\times\$1,queseusaprincipalmenteparaobtenerunaaltaimpedanciadeentradayunabajaimpedanciadesalida.
Elfeedbackreducelaamplificacióndebucleabiertomuyaltaa\$\times\$1.Tengaencuentaquelaaltaamplificaciónesnecesariaparaobtener\$V_{OUT}\$lomáscercaposiblede\$V_{IN}\$.
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Ahora,usandosolounafraccióndelvoltajedesalidaenlaretroalimentación,podemoscontrolarlaamplificación.
Otra vez
\ $ V_ {OUT} = 100 000 \ times (V_ + - V_-) \ $,
pero ahora \ $ V_ + = V_ {IN} \ $ y \ $ V- = \ dfrac {R1} {R1 + R2} \ veces V_ {OUT} \ $, luego
\ $ V_ {OUT} = 100 000 \ times (V_ {IN} - \ dfrac {R1} {R1 + R2} \ times V_ {OUT}) \ $
O:
\ $ V_ {OUT} = \ dfrac {100000 \ times V_ {IN}} {\ dfrac {R1} {R1 + R2} \ times 100000 + 1} \ $
El término "1" se puede ignorar, por lo que
\ $ V_ {OUT} = \ dfrac {R1 + R2} {R1} \ times V_ {IN} \ $
Observe que tanto en el seguidor de voltaje como en este amplificador no inversor, el factor de amplificación real del opamp se cancela siempre que sea lo suficientemente alto (> > 1).
El amplificador operacional ideal tiene una ganancia infinita, y esto es de poca utilidad en la electrónica analógica. La retroalimentación se utiliza para limitar la ganancia del circuito. Puede encontrar muchos ejemplos en el artículo de wiki .
Considere el simple bucle de retroalimentación:
\ $ Vout = A \ cdot Vx \ $
\ $ Vf = F \ cdot Vout \ $
\ $ Vx = Vin - Vf = Vin - FVout \ $
\ $ Vout = A \ cdot Vin - A \ cdot F \ cdot Vout \ $
\ $ Av = \ frac {Vout} {Vin} = \ frac {A} {1 + AF} \ $
En el caso del amplificador operacional, su ganancia define A: será una función bastante desagradable, porque estos amplificadores están hechos para dar una ganancia brutal y no tendrán una buena función lineal. Afortunadamente, si miras Av, si A es lo suficientemente grande, cancelará 1 y dejará 1 / F para determinar la ganancia.
En el caso del amplificador no inversor, el bloque F es un divisor de voltaje, por lo que será algo así como 1 / X. Esto establecerá la ganancia del amplificador en X.
En el caso de los amplificadores operacionales reales, A no será infinito, pero será lo suficientemente grande como para permitir su cancelación en la ecuación de ganancia de CC. Y las ventajas de la retroalimentación son aún más, como aumentar el ancho de banda, la linealidad, la relación S / N y más. Por ejemplo, en un circuito cerrado, la ganancia se determina solo por el inverso de la ganancia de realimentación, siempre que la ganancia del amplificador operacional sea lo suficientemente grande.
En realidad, solo una resistencia no es tan útil como retroalimentación, ya que se comporta igual que un cortocircuito. Un divisor de tensión a tierra hace que se comporte como un multiplicador de relación fija del mismo factor (por el mismo motivo mencionado anteriormente).
El propósito de la retroalimentación de CC es definir qué desea que haga el amplificador operacional, es decir, cuál será su voltaje de salida. Sin ella, la salida aumentará o disminuirá hasta que llegue a los rieles de alimentación.
Esto puede ser útil, y hay un gran mercado para los amplificadores operacionales especializados que funcionan de esta manera, llamados "comparadores".
Un comparador es simple: si la entrada + es mayor que la entrada -, la salida es + Vcc. De lo contrario, la salida es −Vee. El símbolo esquemático es el mismo que un amplificador operacional, y pueden, incluso con esfuerzo suficiente, ser convencidos para que trabajen en ambos roles, pero en la práctica, los dos tipos son altamente especializados, y tales esfuerzos realmente no valen la pena.
Con la ruta de realimentación de CC, un amplificador operacional puede ser estable en algún punto que no sea "salida dura contra los rieles", y el circuito generalmente está diseñado para encontrar ese punto.
En lugar de pensarlo de forma estática, piensa en un amplificador operacional como integrador. Siempre que su entrada + sea mayor que su entrada, la salida de un amplificador operacional AUMENTARÁ rápidamente. Este aumento debería ser las entradas más cercanas, deteniéndose finalmente cuando son iguales. Del mismo modo, + entrada menos que - entrada hará que la salida caiga. La respuesta es generalmente a la - entrada porque es la forma más sencilla de hacer un circuito que funcione de esta manera.
Un amplificador de error de alimentación no tiene una ruta de retroalimentación de CC:
Sinembargo,puedoasegurarlequeesteamplificadorfuncionabastantebien.
Visualiceesteamplificadordeerrorcontrolandoun
[Por supuesto, el tren de potencia está proporcionando algo parecido a los comentarios de DC, pero estoy divagando :)]
La retroalimentación de CC en el uso del amplificador operacional debido a la estabilidad, también la ganancia del amplificador operacional es demasiado alta, por lo que usamos la retroalimentación para obtener una ganancia específica en la producción