Cálculo de la ganancia del amplificador operacional en el voltaje de CA

¿Por qué el circuito OpAmp está "invirtiendo"? Considere el circuito con retroalimentación 240K. Ponga un voltio de corriente continua en el nodo del extremo izquierdo. Asuma que el pin de opAmp es virtual_ground, por lo tanto a cero voltios. Y como antes, el limpiador del POT está completamente abajo.

¿Cuánta corriente fluye a través del 1MOhm? 1volt / 1Mohm = 1uA.

¿A dónde va esa corriente? A través de los 240Kohm y luego en el pin de salida del OpAmp, hacia el -VDD. ¿Qué voltaje a través de 240K? 0.24 voltios, con Cero en el extremo izquierdo (la tierra virtual en el pin- de OpAmp) y -0.24v en el extremo derecho de la resistencia, que es el Vout del OpAmp.

Positivo en Vin, negativo en Vout. La ganancia es -0.24x. OpAmp proporciona 1uA + 5uA.

Ahora establece el limpiador de la olla en 50%. Podemos modelar el Pot como productor de Vout / 2 con una Ruta de 25K || 25K = 12.5K ohms. Este sería un circuito equivalente de Thevenin.

Nuestro circuito de retroalimentación ahora es 240Kohm + 12.5Kohm, pero viendo solo la mitad del True Vout. Consideremos el caso con 1uA fluyendo. La caída de voltaje será de 252.5 milivoltios. La posición del 50% hace que el OpAmp duplique eso, porque el 50% superior del Pot lleva la mayor parte de la corriente a tierra.

Aproximadamente el 90% de la corriente del OpAmp lo hace a tierra (~ 10uA). Y 1uA va a través de los 240K al 1MOhm. El total actual es de 10 u 11uA, que fluye a través de los 25Kohm inferiores de la olla, lo que provoca otra caída de 250milliVolt. Por lo tanto, el OpAmp, para manejar la 1uA que fluye a través de 1MegOhm, debe proporcionar 10 + uA al fondo del Pot.

Probablemente quiera vincular la resistencia de 50Kohm (de + entrada a - entrada) a tierra, por lo tanto, se ejecuta desde (+) a GND. De lo contrario, solo se amplificarán las frecuencias muy altas, ya que Cin proporciona un poco de cambio de fase entre Vin- y Vin + y, por lo tanto, OpAmp como una señal de entrada con la que trabajar.

Ahora, para la ganancia: si el limpiador del bote está completamente hacia abajo, la ganancia es de solo 24.3 Kohm / 1 Mohm == atenuación de 40: 1.

Si el limpiador está a 10% de la parte superior (a 10% de la GND), todavía obtienes una atenuación de 4: 1.

Si el limpiador está a 1% de la parte superior, obtienes una ganancia de 1 / 0.4 o Av = 2.5x.

¿Cómo pensar en este circuito? (Gracias por preguntar, porque me enfrenté a un circuito similar hace unos años, pero no tuve que extraer la MATEMÁTICA DE GANANCIA). CLAVE para comprender: el virtual_ground en (_) pin de entrada. ¿Cuál es la corriente de entrada máxima, a través del 1MOhm, el OpAmp puede controlar? Con la salida sujeta por zeners adosados a ~ 3.4 voltios, y con el limpiador de ollas completamente en la parte inferior, la corriente máxima disponible del OpAmp es 3.4v / 24Kohm o 140microAmps.

Ahora asuma que la corriente fluye más allá del Virtual_Ground, y en el 1MegOhm.

El valor I * R es 140uA * 1Mohm = 140 voltios. Con solo + -3.4 voltios en el pin de salida OpAmp.

Saquemos ese POT del circuito para evitar confusiones. Coloque el limpiador del POT hasta el fondo. Las resistencias de realimentación (240K o 24K) están conectadas directamente al Vout de OpAmp. El POT es simplemente una de las cargas en el OpAmp, y no afecta la retroalimentación (hasta que empecemos a mover el limpiador).

¿Ha trabajado con "Virtual Ground" de OpAmps, como una forma limpia de predecir la ganancia? Bueno, aquí va. Nuestro circuito es 1MOhm desde la entrada a Pin-of Opamp, y 24Kohm desde Pin- hasta Vout de OpAmp. Supongamos que el OpAmp tiene una ganancia infinita, por lo tanto, incluso un pequeño voltaje en el Pin es adecuado para hacer que el Vout del OpAmp sea cualquier V necesaria.

Suponga + 1volt en la entrada a 1Mohm. Supongamos que Pin- está en CERO voltios (buena suposición). Hacemos que 1microAmpere fluya, los pines del OpAmp aumentan hacia ese mismo 1 voltio, y el Vout del OpAmp comienza a dirigirse hacia el infinito (tenemos un circuito inversor).

A medida que Vout alcanza -0.024 voltios, el problemático 1microAmpere ahora fluye a través de 24Kohm, y el OpAmp se estabiliza ............ VOut a 0.024 voltios. La tensión de Pin es .......... 0.024 voltios / infinite_gain, o CERO voltios, nuestra tierra virtual. Nuestra ganancia es de 24 K / 1 M = 0.024, o aproximadamente 40: 1 (atenuación de 32 dB).

Consideremos ese POT de nuevo. Poner el limpiaparabrisas al 50%. Todavía necesitamos que fluya 1uA, por lo que el Vout de OpAmp debe "duplicarse (cerca de)", a 0.048 voltios. Por supuesto, la Ley de Ohms nos dice que hay muchos errores de voltaje en este análisis, porque 1uA * 1/2 de la resistencia del POT es 1uA * 25K o 25milliVolts, o 0.025 voltios, un error al tratar de esconderse en algún lugar.