Tengo una señal de 4,24 V CC que tengo que aplicar un búfer con el fin de tener una alta impedancia entre la señal de 5 V y la salida del amplificador operacional. Mi circuito es como el siguiente:
El problema es que mi voltaje de salida presenta aproximadamente 3.8V
¿Por qué el amplificador operacional en la configuración del búfer está disminuyendo el voltaje de salida?
PS: Estoy usando una fuente de alimentación única de amplificador operacional (probé con LM324 y LM358)
Porque estás intentando que el amplificador operacional emita un voltaje más alto de lo que es capaz de hacer. Un límite superior típico es V + -1.5V, por lo que el hecho de que esté obteniendo 3.8V con un suministro de 5V ya es mejor que eso.
Elija un amplificador operacional con una salida de riel a riel o use una fuente con un voltaje más alto.
Debe leer la hoja de datos antes de usar una pieza. Aquí está el fragmento relevante de la hoja de datos de LM324:
La columna central de números se aplica al LM324. Con una potencia de 30 V, solo puede ir a la salida de 26 V, lo que significa que requiere 4 V de altura. La hoja de datos no es muy clara en cuanto a los requisitos de espacio para la cabeza con 5 V de potencia, pero los 1,2 V que ve no deberían sorprender.
Hay una limitación similar en el rango de voltaje de entrada del modo común, con 0-28 V con 30 V de potencia. Sus 4,24 V in pueden estar violando el límite de alimentación de 5 V.
Como ya han mencionado otros, el voltaje de salida de un amplificador operacional real nunca puede alcanzar (ser igual a) los voltajes en los rieles de la fuente de alimentación (+ VCC o -VEE). Mirando el diagrama esquemático para un amplificador operacional real, uno puede entender por inspección por qué esto es.
La Figura 1 es un diagrama esquemático que copié de la hoja de datos de National Semiconductor LM324 (con fecha de agosto de 2000):
Figura1.EsquemadelamplificadoroperacionalNationalSemiconductorLM324
LaetapadesalidadelamplificadoroperacionalestáformadaporelpardetransistoresDarlingtonQ5yQ6,laresistencia\$R_{SC}\$yeltransistorQ13.
Cuandolacorrientefluyeatravésdelaresistencia\$R_{SC}\$,seaplicalaLeydeOhm,esdecir,habráunacaídadevoltajeen\$R_{SC}\$queesdirectamenteproporcionalalacantidaddecorrientequefluyeatravésdeella..SilaseñaldeentradaintentaconducirelvoltajedeSALIDAhacia\$V^{+}\$,ysielcircuitodecargaconectadoalpindeSALIDAextraemuchacorriente,entoncesQ6pasaasaturación(ocercadeél),probablementeQ13esdecorte(ocercadeél),ylatensiónmáximaenelpinOUTPUTdelamplificadoroperacional(relativoalatierra)esaproximadamente
$$V_{SALIDA}=V_{carga}=V^{+}-V_{Q6}-V_{R_{SC}}$$
(n.b.EstoyasumiendoqueelcircuitodecargaestáconectadoentreelpindeSALIDAdelamplificadoroperacionalylatierra).
Paralascondicionesmencionadasanteriormente,lacaídadevoltajeeneltransistorQ6(\$V_{Q6}\$)eselvoltajedesaturacióndelcolectoralemisor,ylacaídadevoltajeenlaresistencia\$R_{SC}\$(\$V_{R_{SC}}\$)estádeterminadaporlacantidaddecorrientequefluyeatravésdeesaresistencia(LeydeOhm).SielcircuitodecargaconectadoalpinSALIDAdelamplificadoroperacionalextraemuchacorriente,entonces,alinspeccionar,sepuedeverqueelnivelmáximodevoltajeenelpinSALIDAseráconsiderablementemenorque\$V^{+}\$.
Siobservalarespuestade@OlinLathropasupregunta,tengaencuentaqueensuhojadedatos,porejemplo,OutputVoltageSwing\$V_{OH}\$spec,esdecir,lamáximavariacióndevoltajepositivo("alto") en el pin de SALIDA: se define como una función de \ $ V ^ {+} \ $ AND resistencia de carga \ $ R_ {L} \ $ (ver Fig. 2).