Entendiendo la restricción del punto de suma

  

suponga que \ $ V_ {DIFF} = 0.1 \, v \ $ inicialmente, y luego \ $ V_ {OUT} = - 10 \, 000 \, v \ $. Si una fracción de esto se devuelve, diga \ $ 0.1 \% \ $.

La "fracción" que se devuelve no es realmente un voltaje, es una corriente.

Si \ $ V_ {OUT} \ $ es -10,000 V, entonces debe fluir a través de \ $ R_F \ $ una corriente de \ $ \ frac {10 ^ 4} {R_F} \ mathrm {A} \ $. Dado que la impedancia de entrada del amplificador operacional es muy alta (infinita en el caso ideal), el voltaje de realimentación resultante en la entrada inversora está determinado por un divisor de voltaje entre \ $ R_F \ $ y \ $ R_ {in} \ $. Por lo tanto, el voltaje de realimentación es \ $ V_ {OUT} \ frac {R_ {in}} {R_F + R_ {in}} \ $. Es probable que sea mucho más alto que el 0.1% que asumió en su ejemplo.

Cómo resolver la tensión de salida, incluidos los términos de ganancia directa y realimentación, se explica en una pregunta anterior .

B.Lee: para responder a su pregunta, necesita comprender completamente los "secretos" de los comentarios negativos. Permítame intentar explicarlo usando un ejemplo simple:

Analicemos lo que sucede después de encender las fuentes de alimentación +/- Vs = + / - 10V. (La secuencia oportuna descrita puede ser algo "formalista", sin embargo, ayuda a entender el concepto de retroalimentación).

Ejemplo : Etapa de ganancia no inversora con ganancia deseada de "+2". Eso significa: factor de retroalimentación k = 0.5. Ganancia de bucle abierto: Aol = 1E4.

1.) t = 0: se aplica a una tensión de entrada Vin = 1V. El opamp todavía no está funcionando en su rango lineal (la retroalimentación aún no está activa debido a las constantes de tiempo dentro del circuito) y la salida saltará inmediatamente a Vs = + 10V.

2.) t > 0: el voltaje en el terminal inversor aumentará a 0.5Vs = 5V > Vin = 1V. Por lo tanto, el voltaje en este terminal inversor domina (es más grande) y el voltaje de salida cambiará en la dirección a menos 10V.

3.) Sin embargo, en su camino a -10V, el voltaje de salida está cruzando un valor positivo que produce en el terminal inversor un voltaje de realimentación de + 0.99980004V.

4.) En este mismo momento (suponiendo una ganancia de bucle abierto Aol = 1E4), el opamp está en su región de amplificación lineal debido a la diferencia. el voltaje es Vdiff = Vin-0.99980004 = 1-0.99980004 = 0.00019996V. Como resultado, el voltaje de salida es Vout = Vdiff * Aol = 0.00019996 * 1E4 = 1.9996001V.

5.) Este es un equilibrio estable porque: la fórmula de retroalimentación clásica para un valor finito de Aol también da el voltaje de salida Vout = Vin * [1E4 / (1 + 0.5E4)] = 1.9996001 V.

6.) Eso significa que tenemos un equilibrio porque la tensión de salida tiene un valor que cumple exactamente la condición Vout = Vdiff * Aol. Cualquier voltaje de salida mayor / menor causa una pequeña reducción / aumento para Vdiff, corrigiendo así esta desviación del equilibrio.

7.) En este ejemplo, el voltaje de diferencia de entrada, por supuesto, NO es cero. Nunca será cero - sin embargo, la diferencia. el voltaje es tan pequeño (en nuestro caso, la aplicación 0.2mV) que en muchos casos puede descuidarse (se supone que es cero para los cálculos).

Una forma de ver esto es que el voltaje de salida del Op-Amp (en esta etapa de inversión) siempre se mantiene en un valor tal que la corriente a través de Rin sea la misma que la corriente a través de Rf mientras se mantiene la unión a un potencial de tierra virtual. . Si la impedancia de entrada del amplificador operacional es muy alta (se puede ignorar), entonces Vin / Rin debe estar muy cerca de -Vout / Rf. Esto realmente evita el problema de que los voltajes sean más altos que los límites de la fuente de alimentación ya que la balanza es un proceso continuo (y por lo tanto no se sale de control)