La respuesta corta es que sí, es necesario agregar una fuente negativa para amplificar los voltajes hasta 0 voltios. La hoja de datos de la pieza recomienda el suministro de voltajes desde +/- 20V hasta +/- 5V. Por lo tanto, la configuración de un solo extremo de + 12V / 0V apenas cumple con el intervalo de alimentación mínimo de 10V. Sin embargo, el circuito que se muestra tiene el amplificador operacional demasiado cerca de los rieles de voltaje de suministro.
Esta parte 741 fue una innovación significativa en su día, pero hay innovaciones "modernas" que no tiene. Entre éstas se encuentran las entradas de ferrocarril a ferrocarril y las salidas de ferrocarril a ferrocarril. Una mirada al esquema de la pieza que se muestra en la especificación de TI para el LM741 nacional, por ejemplo, muestra que las salidas solo pueden alcanzar voltajes dentro de una unión polarizada hacia adelante (aproximadamente entre el emisor y la base) del riel negativo (o positivo) debido a los transistores de emisor común utilizados para la salida.
En el lado de la entrada, la pila de pares diferenciales utilizados para la compensación de amplificación, polarización y tensión de compensación significa que las entradas de inversión y de no inversión (en la parte superior de la pila) probablemente no se puedan conducir más cerca del suelo que aproximadamente Modo común 2V sin algún tipo de rendimiento adverso. [De hecho, algunos amplificadores diferenciales dejarán de invertir amplificadores y se convertirán en amplificadores no inversores cuando las entradas sean más negativas que el riel negativo (por ejemplo, comparador LM139).] En la hoja de datos, debido a estas contribuciones de las entradas y salidas, no se garantiza que la variación de voltaje de salida se acerque más a los rieles que 3V a una carga de 10K o incluso a 5V a una carga de 2K, aunque los valores típicos son 1V y 2V, respectivamente.
La configuración del seguidor de voltaje que ha mostrado implementa la relación nominal Vi = Vo Ri / (Ri + Rf) (Ri = 3.6K y Rf = 4.7K), asumiendo que no circula corriente en el pin de entrada 741 y que el amplificador operacional controla su salida de modo que la entrada inversora siga muy de cerca a la entrada no inversora. Esto simplemente expresa la relación del divisor de voltaje entre la resistencia de ajuste de ganancia Ri y la resistencia de retroalimentación Rf. Por lo tanto, cuando lleguemos al límite de 2 V de la entrada inversora desde el suelo, la entrada no inversora también estará a aproximadamente 2 V, pero el pin de salida estará en Vo = Vi (Ri + Rf) / Ri = 2V (3.6K + 4.7) K) /3.6K = 4.61V. Una simulación del esquema 741 de TI, utilizando transistores genéricos, de hecho mostró la sujeción de salida a 4,83 V en su trayectoria hacia el suelo, y la sujeción de entrada de inversión a 2,1 V, exactamente a la relación divisoria. Esto va de acuerdo con lo que estás viendo también.
Cambiar el retorno para el divisor de voltaje a la mitad del rango de suministro no corrige la situación porque todavía está conduciendo las entradas demasiado cerca de los rieles. Solo cambiando el riel negativo para proporcionar algo de amortiguación para las entradas, puede alcanzar la parte inferior del rango de salida que desea; incluso 2.2V sería suficiente.
