¿Qué sucede cuando el voltaje de salida de un amplificador operacional (por ejemplo, en un seguidor de voltaje / configuración de inversión) debe ser mayor que una cierta cantidad (por ejemplo, 10 V) y en la salida coloco un diodo Zener de 5 V en sentido inverso, seguido de GND?
Por un lado, debería ser Vin, ¿verdad? Pero creo que también debe ser menor o igual a 5 V debido al diodo
Si la entrada de inversión es baja, el amplificador operacional intentará aumentar el voltaje de salida, por lo que a través de la retroalimentación intentará igualar los + 15V de la no inversión. Lo más duro posible. Sin embargo, al mismo tiempo el zener se hunde lo más fuerte posible. Al final, obtienes el equivalente a un cortocircuito y, o bien el opamp, o el zener, eventualmente se pondrá muy caliente y podría ser destruido.
De manera realista, el TL081 está protegido contra cortocircuitos y la capacidad de corriente de salida no es increíblemente alta, por lo que ambas partes simplemente se calentarán y la tensión de salida estará en algún lugar entre 5 y 15 voltios, probablemente cerca de 5, porque Como se dijo, la capacidad actual no es increíblemente alta.
Esta es una situación imposible para un opamp ideal y un diodo zener ideal. El opamp generará o hundirá la corriente necesaria para mantener el voltaje de salida deseado. El zener hundirá la corriente necesaria para limitar el voltaje a 5 V. Para los componentes ideales, la corriente es infinita y el voltaje no se puede modificar.
Los componentes reales, sin embargo, tienen una corriente máxima que pueden generar o hundir y aún cumplir con las otras especificaciones que prometen. Si el opamp solo puede apagar 10 mA y el zener puede hundir 20, entonces el zener gana y el voltaje permanece en 5 V. Si el opamp puede generar más corriente de la que el zener puede manejar, entonces el zener se destruye y el voltaje se va a 15 V.
Una vez que ejecuta las piezas más allá de una especificación, ya no puede confiar en la operación dentro de ninguna de las otras especificaciones. Además, pueden producirse daños permanentes.
El amplificador operacional tendrá un límite de corriente al tratar de conducir el voltaje de salida a 15V (asumiendo que el voltaje de la fuente de alimentación en el amplificador operacional es mayor que aproximadamente 18V, de lo contrario, es posible que no pueda controlar la salida tan alto).
El TL081 tiene una corriente de salida de cortocircuito máxima de 60 mA. Un Zener pequeño de cable axial (p. Ej., 500 mW 1N751A ) tiene una clasificación de 70 mA máximo actual, por lo que sobrevivirá; el voltaje de salida será probablemente más alto que 5.1V, pero no mucho más alto (probablemente menor que 6V). Esto está fuera incluso de las curvas típicas y la impedancia Zener listada solo es válida cerca de la corriente de prueba, por lo que es una suposición, no es algo en lo que pueda colgar su sombrero y, por lo tanto, no es una buena ingeniería para confiar.