¿Por qué la resistencia de entrada del amplificador operacional no inversor en un tee a tierra?

Deje que la resistencia que observa la entrada no inversora sea \ $ R_ {in +} \ $

Si una resistencia \ $ R_i \ $ se coloca en series con la entrada no inversora, la resistencia vista por la fuente \ $ v_I \ $ es

$$ R_I = R_i + R_ {en +} \ ge R_ {en +} $$

Si una resistencia \ $ R_i \ $ se coloca en paralelo con la entrada no inversora, la resistencia vista por la fuente \ $ v_I \ $ es

$$ R_I = R_i || R_ {en +} \ le R_ {en +} $$

Dado que, para un amplificador operacional ideal, \ $ R_ {in +} = \ infty \ $, el caso de la serie da

$$ R_I = R_i + \ infty = \ infty $$

mientras que para el caso paralelo

$$ R_I = R_i || \ infty = R_i $$

Hay dos funciones de una resistencia de derivación en una entrada inversora. Uno es en el caso cuando necesita una resistencia de terminación, como en el caso de que la señal se traiga en un cable coaxial o en una línea de banda. La segunda razón es más sutil, en el caso no ideal (es decir, cada amplificador operacional real) la entrada tiene corrientes de fuga, que interactúan con las distintas resistencias para crear un voltaje de compensación en la entrada al amplificador operacional. Para compensar parcialmente esto, las resistencias vistas por cada entrada deben coincidir, es decir, en su ejemplo, que \ $ R_ {in} = R_1 || R_f \ $, donde el símbolo \ $ || \ $ significa "en paralelo con ".

La resistencia no controla la corriente de entrada. Idealmente, no hay una entrada de corriente porque la entrada + tiene una resistencia infinita.

Lo que R1 hace es establecer una impedancia de entrada finita para el amplificador.

La impedancia natural muy alta del op-amp no es necesaria ni deseable en algunas aplicaciones.

Además, las entradas del amplificador operacional generan pequeñas corrientes de polarización de CC: algunos modelos más que otros. Esta corriente necesita una ruta que le permita fluir hacia el suelo, llamada ruta de "retorno DC". La resistencia proporciona ese camino.

Supongamos que el circuito más amplio es así:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El dispositivo fuente está acoplado capacitivamente, representado por C1. (C1 podría ser parte del amplificador basado en OA1, o podría ser parte del dispositivo fuente; no importa).

¡Entonces, la única ruta de CC desde la entrada + a tierra es a través de la resistencia!

¿Qué pasa si eliminas la resistencia? ¿O conéctelo incorrectamente, en serie entre el condensador y la entrada no inversora? La corriente que sale de la entrada + cargará lentamente C1 hasta que se acumule un voltaje que empuja la entrada + fuera del rango de entrada del modo común. R1 ayuda a mantener el C1 descargado.

Sin embargo, tenga en cuenta que la corriente de polarización que fluye a través de R1 genera un voltaje en R1 (V = IR) que crea un voltaje de compensación que se amplifica.

Si el amplificador operacional tiene corrientes de polarización similares que fluyen de ambas entradas, este problema se puede atacar eligiendo un valor de R1 que sea el mismo que el de la resistencia combinada que enfrenta la entrada, como resultado de la resistencia de retroalimentación red.

Por lo tanto, se elige R1 para establecer la impedancia de entrada deseada, y las magnitudes de las resistencias de realimentación se eligen para equilibrar la corriente de polarización para anular el desplazamiento (mientras que su relación se elige para la ganancia deseada).

Algunos amplificadores operacionales han incorporado la cancelación de la corriente de polarización. Estos amplificadores operacionales tienen corrientes de polarización mucho más pequeñas que los amplificadores operacionales similares sin la cancelación. Además, las corrientes no canceladas restantes de las dos entradas no son en absoluto similares y pueden ser de polaridad diferente. Con estos amplificadores operacionales, el truco de equilibrar las resistencias no es aplicable; R1 se puede elegir independientemente de R2 y R3. Por ejemplo, R1 podría ser, digamos, 100 kOhm para configurar una impedancia de entrada tan alta, mientras que las resistencias de retroalimentación podrían elegirse solo en los miles de ohmios.

En resumen, para resumir, hay dos motivaciones:

1. Para minimizar la desviación de la salida debido a la corriente de entrada de polarización (offset).
   En este caso \ $ R_ {in} = R_ {1} // R {f} \ $

2. Para igualar la impedancia de entrada (es decir, en el amplificador de video).
   En este caso, \ $ R_ {in} \ $ debe ser igual a la impedancia de la fuente, por ejemplo, 75Ω para cable coaxial en video analógico.

En algún momento, en el caso de un amplificador acoplado a CA, \ $ R_ {in} \ $ proporciona la ruta de retorno a tierra para la corriente de entrada, como se indica en el "Horowitz-Hill".

Si su señal en el circuito hace referencia a un valor de CC entre los rieles de las fuentes de alimentación (normalmente 0 V o medio riel), no necesita una resistencia de entrada. Por lo general, se usa una resistencia de entrada para realizar una conexión "ligera" a midrail (0V) cuando se acopla una entrada a través de un condensador.

Si recuerdas, las entradas de un amplificador operacional ideal no permiten el flujo de corriente. Entonces, sin una ruta a tierra, la ganancia del bucle será infinita porque allí no fluye ninguna corriente.