Comprensión del feedback negativo del amplificador operacional

Para obtener información sobre lo que está sucediendo, reemplace el amplificador operacional con un modelo de amplificador de voltaje ideal (asumimos la ganancia \ $ A \ rightarrow \ infty \ $):

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Ahora es fácil ver dos puntos importantes

• \ $ R \ $ solo puede cambiar la corriente a través de la fuente de 5V; no tiene otro efecto
• no hay ruta para la corriente de salida, por lo tanto, la corriente de salida es cero.

Por lo tanto, en este circuito impar, el voltaje de salida se ajusta a 5V menos que el voltaje aplicado al terminal no inversor que, en este caso, implica

$$ V_O = -1.7 \ mathrm V $$

y la resistencia es irrelevante para este resultado.

(Se agregó a la pregunta editada y expandida)

  

Según entiendo, el voltaje es simplemente la presión actual medida con   Respecto a algún punto de referencia (generalmente suelo). En este caso, nosotros   tengo Iin produciendo vin "presión"

No estoy seguro de lo que quiere decir con "presión actual" pero, en este circuito, se entiende comúnmente que el voltaje \ $ V_ {in} \ $ es una variable independiente - un determinado - lo que significa que \ $ V_ {in} \ $ no se 'produce' por \ $ I_ {in} \ $ sino que, más bien, se produjo externamente al circuito.

Para aclarar esto, uno puede agregar explícitamente la fuente externa al circuito, por ejemplo,

^{simular este circuito}

Ahora está claro que \ $ I_ {in} \ $ depende de \ $ V_ {in} \ $ pero \ $ V_ {in} \ $ está arreglado por la fuente de voltaje, es decir, cambiar el valor de \ $ R_ {in} \ $ cambiará el valor de \ $ I_ {in} \ $ pero no el valor de \ $ V_ {in} \ $.

  

Intuitivamente, estoy pensando que el pin de salida "se hunde" algo de corriente para   reducir la tensión en el punto de suma. Pero ese hundimiento de la corriente.   reduciría Iin (ya que no fluye corriente a través del pin de inversión).   El resultado parece ser que Vin cae. ¿Pero es este el caso?

El voltaje en la salida del amplificador operacional ideal, si hay realimentación negativa, será lo que sea necesario para que el voltaje de entrada inversor sea igual al voltaje de entrada no inversor . / p>

Ahora, esto puede significar que la salida debe hundir actual o puede significar que la salida debe source actual.

En mi opinión, la forma más intuitiva y directa de pensar esto es aplicar la división de voltaje.

Por división de voltaje, el voltaje en la entrada inversora viene dado por

$$ V_- = V_ {in} \ frac {R_F} {R_ {in} + R_F} + V_ {out} \ frac {R_ {in}} {R_ {in} + R_F} $$

Este resultado es elemental y se mantiene incluso si el op-amp se elimina del circuito y \ $ V_ {out} \ $ es producido por una fuente de voltaje independiente .

Entonces, en este punto, podemos hacer la pregunta

• ¿Qué debe \ $ V_ {out} \ $ ser tal que el voltaje de entrada inversor, \ $ V _- \ $, sea igual al voltaje de entrada no inversor, \ $ V _ + \ $?

Un poco de álgebra rápida da la respuesta

$$ V_ {out} = V _ + \ left (1 + \ frac {R_F} {R_ {in}} \ right) - V_ {in} \ frac {R_F} {R_ {in}} $$

Por lo tanto, if \ $ V_ {out} \ $ es igual a lo anterior, el voltaje de entrada inversor será igual al voltaje de entrada no inversor.

  

solo una cosa más: en el caso de que Vout tenga un efecto positivo,   ¿Esto tiene en Iin?

Podemos escribir directamente la ecuación para \ $ I_ {in} \ $ de la siguiente manera:

$$ I_ {in} = \ frac {V_ {in} - V_ {out}} {R_ {in} + R_F} $$

Pero , bajo el supuesto de que \ $ V_ {out} \ $ es lo que sea necesario para que el voltaje de entrada inversor sea igual al voltaje de entrada no inversor , tenemos

$$ I_ {in} = \ frac {V_ {in} - V _ +} {R_ {in}} $$

Tenga en cuenta que, bajo la suposición anterior (que es lo mismo que asumir un amplificador operacional ideal), \ $ I_ {in} \ $ no depende de \ $ V_ {out} \ $ period . Esto es una consecuencia de la restricción \ $ V_- = V _ + \ $.

En resumen, suponiendo un amplificador operacional ideal, no hay un instante en el que \ $ V_- \ ne V _ + \ $.

Para los amplificadores operacionales físicos, debemos agregar elementos de circuito adicionales para modelar la desviación del comportamiento no ideal y eso está más allá del alcance de esta respuesta.

La resistencia está en paralelo a la batería, y por esa razón puede retirarla del circuito. No influye en absoluto en el opamp. Puede volver a dibujar fácilmente el circuito con la resistencia en paralelo a la batería de 5 V sin cambiar nada al resto del circuito.

Regla de oro: un indicador ideal con retroalimentación negativa intentará establecer las entradas V + y V- en el mismo voltaje, utilizando su salida.

Entonces, dado que tanto V + como V- tienen el mismo potencial de 3.3V, establecido por la única fuente de voltaje que se refiere a tierra, puede calcular el voltaje de salida. Será 5 voltios más bajo que el voltaje de entrada 3.3. 3.3 - 5 = -1.7V

De hecho, debido a que todos los voltajes están configurados por fuentes de voltaje, tampoco es necesario el opamp. Puede eliminarlo de manera segura, luego atar V + a V- y nuevamente, nada cambia al circuito. Por lo tanto, _out = 0A.

En esta configuración le falta una resistencia importante conocida como la resistencia de entrada inversora. Esto permite que el nodo del pin de entrada inversor se arrastre hacia abajo para que coincida con el voltaje del pin no inversor: -

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

También asumo que el cable marrón en tu diagrama debe estar conectado a tierra porque de otra manera no tendría sentido.

A tu circuito le faltan dos resistencias absolutamente vitales. El circuito debería ser algo así como:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab} (El op-amp necesita una fuente de alimentación, por supuesto)

R1 permite una caída de voltaje entre la fuente de + 5V y la entrada, para que la retroalimentación negativa a través de R2 pueda ser efectiva.

R3 es la carga de salida: su dibujo parece mostrar la salida en corto al lado negativo de ambas fuentes de voltaje.