Confusión con respecto a este circuito de amplificación operativa

Cuando reemplace la resistencia con un corto, eliminará la retroalimentación. De modo que, efectivamente, tiene la situación del voltaje de entrada directamente a través de los terminales de entrada del amplificador con una carga de 10 K en la salida del amplificador. La salida se saturará cerca de uno de los rieles de suministro a menos que el voltaje de entrada sea muy cercano a cero.

Aquí hay una simulación de LTspice:

El eje X es la tensión de entrada, el eje Y es la tensión de salida.

Explicación general:

En electrónica, no hay una fórmula que sea correcta en un 100%. Todas las fórmulas y ecuaciones son aproximaciones porque algunos efectos (menores) siempre se pasan por alto. Pero esta situación no es mala porque (a) es bastante imposible considerar todos los efectos que podrían tener una pequeña influencia en el resultado (temperatura, capacitancias parásitas, no linealidades que siempre están presentes) y (b) haría que No tiene sentido incluir tales efectos siempre que haya otras incertidumbres que causen desviaciones mayores (en particular, tolerancias de todas las partes).

En el presente caso (amplificador inversor), la expresión de ganancia dada (-Rf / Rin) es una aproximación (buena) solo mientras se cumplan las siguientes condiciones:

• La ganancia de bucle abierto del opamp es mucho mayor que la ganancia de bucle cerrado (esto equivale a requerir una ganancia de bucle muy grande);

• Este requisito se puede cumplir solo dentro de un rango de frecuencia determinado y limitado;

• El ancho de banda de gran señal y las capacidades de desplazamiento asociadas del opamp no tienen influencia

• Todas las resistencias son mucho más grandes que la impedancia de salida finita (descuidada) del opamp;

• Todas las resistencias son mucho más pequeñas que la impedancia de entrada finita (descuidada) del opamp;

• La ganancia de ruido del amplificador de bucle cerrado (1 + Rf / Rin) es lo suficientemente pequeña como para no perturbar el punto de operación de CC deseado más de lo aceptable. (El inevitable voltaje de compensación de entrada aparece en la salida opamp multiplicada con la ganancia de ruido).

  Comentario: este requisito se viola si Rin se vuelve pequeño.

* ...... (otras condiciones menores)

No estoy hablando con experiencia sobre lo que sucede, pero puedo adivinar qué sucede.

Teóricamente, lo que dices es correcto, pero debes recordar que todavía hay un circuito dentro del chip que intenta replicar el comportamiento teórico. Y si presiona dicho circuito fuera de sus límites (por ejemplo, eliminando Rin y aumentando la ganancia al infinito) no podrá manejarlo.

Creo que hay dos cosas que podrían suceder:

• El voltaje de salida llegará a uno de los rieles de voltaje de entrada (los voltajes que usted suministra para alimentar la lámpara. Por lo general, Vcc y Ground ). Este es el resultado más probable.
• El opamp se romperá. Está tratando de alcanzar un voltaje inalcanzable, lo que podría causar grandes corrientes dentro del chip, lo que puede freírlo. Sin embargo, creo que esto es improbable, porque los opamps son muy robustos y resistentes. No creo que alguna vez haya roto un opamp.

En primer lugar, no la salida no se convertirá en infinita. La salida será tan alta (para vin < 0) o tan baja (para vin > 0) como sea posible. Esto estará cerca de los voltajes de suministro. Exactamente cuán cerca dependerá del opamp y de la salida a la que esté conectado.

En segundo lugar, sí, en esta configuración, el opamp puede estar dañado. Muchas operaciones tienen un límite en la diferencia máxima permitida entre sus entradas. El AD8021 , por ejemplo, tiene un Voltaje máximo de entrada diferencial de 0.8V. Si supera esto, los diodos de protección interna comenzarán a conducir, sujetando el voltaje a 0.8V. En este punto, las entradas ya no son de alta impedancia. Si fluye suficiente corriente a través de los diodos, romperá el chip. Muchas pantallas no tienen esta limitación de voltaje diferencial.

Sin embargo, aparte de este modo de falla, debería estar bien. Además, solo para agregar, las suposiciones de "ideal opamp" solo son válidas si opamp está en una configuración de retroalimentación negativa. Si elimina Rin y maneja la entrada con una fuente de voltaje ideal, está eliminando esta información, por lo que las suposiciones óptimas ideales ya no son válidas.

Para el caso de quitar Rin, teóricamente la ganancia será infinita. Pero, en realidad, los valores reales típicos oscilan entre 20.000 y 200.000.

Por otro lado, un amplificador operacional "ideal" o perfecto es un dispositivo con ciertas características especiales, como la ganancia infinita de bucle abierto AO, la resistencia de entrada infinita RIN, la resistencia de salida cero ROUT, el ancho de banda infinito de 0 a ∞ y el desplazamiento cero. (la salida es exactamente cero cuando la entrada es cero).

Con Rin a 10 kohm, la impedancia de entrada es de 10 kohm. Esto se debe a que la entrada inversora debe estar al mismo nivel de voltaje que la entrada no inversora (debido a la retroalimentación y la ganancia infinita) y la entrada no inversora está conectada a 0 voltios. Esto se llama una tierra virtual.

Al bajar Rin, la impedancia de entrada a Vin se hace cada vez más pequeña y la ganancia aumenta en consecuencia. Cuando Rin se acerca a cero ohmios, la impedancia de entrada también se acerca a 0 ohmios y cualquier voltaje en Vin produce una corriente de entrada masiva.

Todo lo anterior es para un amplificador operacional ideal con ganancia infinita y claramente se puede alcanzar un nivel de voltaje de salida que está limitado por los rieles de suministro, por lo que, en realidad, a medida que Rin obtiene un valor realmente bajo, la corriente suministrada desde Vin no puede introducirse en el pin de salida del amplificador operacional y pierde linealidad, es decir, la situación de la tierra virtual se pierde y ya no debe analizar esto como un circuito amplificador lineal.

Pregunta 1

No, si elimina Rin físicamente, la salida no será infinita, ni siquiera cerca de VDD, sino cero.

Como usted dijo, el opamp intentará mantener los voltajes en ambos nodos de entrada iguales. En este caso, lo logrará al generar un cero.

Después de eliminar Rin , la fórmula ya no es válida. Debe volver a derivarlo para la nueva configuración, esta vez sin Rin .

La nueva configuración es un seguidor de voltaje con una entrada positiva conectada a tierra. Todo lo que haya en el pin positivo (ya que está conectado a tierra, cero voltios) estará presente en la salida del opamp.