Soy un estudiante poco apreciado y tengo una pregunta sobre los amplificadores operacionales.
Según tengo entendido, necesita una impedancia de entrada infinita para que haya una caída de voltaje en el amplificador operacional y no en el dispositivo de señal. Sin embargo, ¿la resistencia infinita no significa que ninguna corriente fluirá a través del amplificador operacional? ¿Obtiene alguna forma de corriente en la salida?
Gracias por tomarse su tiempo para leer esto.
infinita entrada significa que no fluye corriente hacia los terminales entrada de un amplificador operacional ideal. El amplificador operacional ideal también tiene impedancia de salida cero , y ciertamente proporciona corriente.
La imagen de arriba muestra un amplificador operacional no ideal en una configuración inversa. Para idealizar esto, \ $ Z_ {in1} \ $ y \ $ Z_ {in2} \ $ son iguales a \ $ \ infty \ $, y \ $ Z_ {out} = 0 \ $, haciendo que \ $ e_ {out} = v_ {out} \ $. Para terminar con las suposiciones ideales, \ $ A_ {OL} \ $ es la ganancia de bucle abierto del amplificador operacional, y es igual a \ $ \ infty \ $
Un OpAmp puede considerarse una fuente de voltaje controlada por voltaje. Aplicas un voltaje en ambas entradas, la OpAmp 'mide' el voltaje diferencial \ $ v_D \ $ y aplica un voltaje proporcional a \ $ v_D \ $ en la salida. La proporcionalidad está determinada por la ganancia de bucle abierto del OpAmp. Por lo general, es muy alto, alrededor de 1E5, infinitamente alto para un OpAmp ideal.
La energía para impulsar la salida proviene de los rieles de suministro, no de la entrada. Este es el truco con un OpAmp ideal: tiene entradas donde no fluye corriente (también conocida como entrada de alta impedancia), pero aparece un voltaje en la salida que puede suministrar algo de corriente (también conocida como salida de baja impedancia). Así que es un convertidor de impedancia.
Como la ganancia de bucle abierto de un OpAmp es tan alta, por lo general no lo usa en esta configuración para los diseños de amplificadores. En su lugar, aplica retroalimentación negativa (salida de alguna manera conectada a la entrada inversora). Si hay comentarios negativos, puede hacer otra suposición importante de un OpAmp ideal: \ $ v_D \ $ es cero. Esto significa que el OpAmp conducirá la salida a cualquier valor que sea necesario para lograr \ $ v_D = 0 \ $. Además, todavía no fluye ninguna corriente en el OpAmp.
Por lo tanto, las entradas de un OpAmp ideal con retroalimentación negativa empleada no muestran entrada de corriente ni voltaje a través de ellas y, por lo tanto, no son un cortocircuito (sin voltaje, corriente máxima) ni un circuito abierto (voltaje máximo, sin corriente). / p>
Tenga en cuenta que la aplicación de retroalimentación negativa inserta una conexión desde el lado de entrada al lado de salida y, por lo tanto, influye en la impedancia de entrada y salida. Por lo tanto, el OpAmp ya no es el convertidor de impedancia casi ideal mencionado anteriormente. En su lugar, debe analizar la impedancia de entrada y salida en función de los circuitos de realimentación.
La corriente de salida de un OpAmp proporciona sorpresas. En gran parte del rango útil de frecuencias, hay un cambio de fase de 90 grados entre Vin (la diferencia entre Vin + y VIn-) y el Vout. Puede ver este cambio de fase, en la gráfica de la izquierda que se muestra a continuación.
¿Quéhaceestecambiodefase?HacequeelVoutparezcainductivo,especialmentecuandolacorrientedesalidadisminuyeconlafrecuencia.
Agregueuncapacitoryobtendráotrasorpresa:elpicoderespuestadefrecuencia,quesemuestraarribaenlagráficadeladerecha.
Enestesiguienteconjuntodegráficos,vemoselZOINDUCTIVOOpAmpsalaizquierda(mirandohaciaatrásenlaetapaOpAmp);luegomiramoshaciaatrásenlaetapaCloadyvemoselefectocombinadoconlaresonanciaagudadeLoutyCload.
Lacorrientedesalidaylatensióndesalidatienenotrassorpresas:ruidotérmicoyruidodelafuentedealimentación(determinista).Estoscausanunmovimientodelasalida,inclusocuandoVinestáarreglado.Enestapróximacapturadepantalla,mireenlaparteinferiorderecha,paraleerelerrordeThermalNoiseydeAggressors(elúnicoAggressoractivadoesPSI---fuentedealimentacióninterferer---mostrarenlacasilladeverificacióndederecho).Observeelruidotérmicode22.8uVyelruidodelafuentedealimentaciónde15uV(60Hz,120Hz).
Estoesloqueunaseñaldepicode25uV,a200Hz,conpotenciaderuido1:1(0dB)agregada,enunfiltroLCde200Hz.ObservequelamayorpartedelruidodeOpAmpsehaido;vemosalgodeerrantedelasinusoideyalgode"distorsión", que es el ruido que no se elimina totalmente, de modo que la energía trastorna la forma de la sinusoide.
Elamplificadoroperacionalesmuyútil,enPCBoensilicio,perovalelapenaaprenderlafísicaylasmatemáticasinvolucradas,porloquenoesperasdemasiadoypuedesobtenerunrendimientoexcelente.
AquíhayunagráficadeZoutcontrafrecuencia,paraunopampconUGBWde100MHz.ElgráficoesparticularmenteinteresanteporqueelopamptieneunpinChipSelect,porlotantovemosZoutcontransistoresdesalidaquecontrolanelpindesalidayconesostransistoresdeshabilitados.Hastacercade500MHz,elZoutseacercaa30Ohms,queesunaimpedanciade10pF.Tambiéntengaencuentalacaídaenlaimpedancia;10pFy10nH(inductanciadepinVoutypinVDD)resuenana500MHz.
EstoypensandoqueelZoutde30ohmseslareacciónNPNenparaleloconlareacciónPNP,dondereaccionaes0.026/Ie_ma,asíque0.5maproduce52ohmsenambosemisores,queenparaleloseconviertenen26ohms.
El modelo del amplificador operacional ideal muestra una fuente de voltaje dependiente sin resistencia de salida como la salida del dispositivo. Recuerde que en los dispositivos prácticos ve 2 pines de fuente de alimentación.
Lo ideal es que una opamp tenga una impedancia de entrada infinita (y, por lo tanto, una corriente de entrada cero) y una ganancia de bucle abierto infinita, junto con un rango de voltaje de salida infinito, ancho de banda y velocidad de respuesta e impedancia cero en la salida (y por lo tanto una corriente de salida infinita) con cero ruido. Pero en realidad eso está lejos de ser verdad. Un opamp real tiene:
Siempre revise las hojas de datos antes de comprar cualquier componente. Eso incluso puede ayudarlo a comprender cuáles son los parámetros importantes para un tipo de componente eléctrico o electrónico.