Inversión del voltaje de salida del amplificador operacional

Dentro de cada amplificador operacional hay dos hombrecitos de transistores, como se ilustra en el Arte de la electrónica de Win Hill:

En este caso, digamos que C está conectado a V + y E está conectado a la salida. Hay otro (no se muestra) parado en su cabeza, por ejemplo, con C conectado a V y E conectado a la salida.

Todo lo que el hombre del transistor puede hacer es ajustar esa resistencia variable de acuerdo con Ib (que proviene de las etapas de entrada del amplificador). Lo mejor que puede hacer es bajar el bote hasta el fondo para que la salida esté conectada a la fuente (y de hecho no puede llegar).

Así que todo lo que puede hacer el amplificador operacional es jalar su salida en algún lugar entre las dos líneas de suministro, no hay una fuente de voltaje interna que le permita exceder los suministros. La mayoría de los amplificadores operacionales, si no están muy cargados, pueden llevar la salida a uno o dos voltios de los rieles de suministro, algunos mucho más cerca, especialmente si están ligeramente cargados.

Salvo un transformador de salida, la salida de cualquier amplificador está limitada a la tensión de alimentación, ya que no hay forma de que los dispositivos activos en el amplificador operen más allá de esa tensión. De hecho, debido a las caídas de tensión en los circuitos internos del amplificador (debido al flujo de corriente en las resistencias y transistores de la etapa de salida para mantener el amplificador en su región de operación lineal), la tensión de salida máxima siempre será menor que la tensión de alimentación. Incluso si el amplificador está saturado para que los transistores de salida estén saturados, siempre habrá una caída de voltaje en ellos, limitando la tensión de salida a menos que la tensión de alimentación. Cualquier buen libro sobre circuitos de estado sólido explicará todos los detalles.

El voltaje es un potencial para la carga, ya que la altura es un potencial para la masa, o la presión es un potencial para los fluidos.

Si tiene un ascensor que levanta bolas de boliche de 0 a 100 metros, ¿cómo puede obtener una bola de más de 100 metros?

Si su suministro de manguera de jardín es de 30 psi, ¿cómo puede tener una presión superior a 30 psi?

Por supuesto, estas analogías no van muy lejos, pero es un comienzo para pensar el problema de manera intuitiva.

Piensa al respecto. ¿Cómo se supone que un circuito debe conducir a un voltaje fuera de su rango de voltaje de suministro?

La etapa final de manejo usa transistores para conectar de manera variable la salida a alguna combinación lineal de los rieles de suministro. Esto no es exactamente cómo funciona, pero piense en un potenciómetro conectado entre los rieles de suministro. Puede obtener cualquier voltaje de un riel de suministro al otro, pero no fuera del rango de suministro.

Matemáticamente, el voltaje de salida puede ser (A x V +) + ((1-A) x V-), con A restringido al rango de 0-1.

No hay medios para generar una tensión fuera del rango de tensión de alimentación. Digamos que usted tiene un circuito que recibe una potencia de 0 a 5 V. ¿Cómo se supone que produce 6 V sin tener 6 V en algún lugar para impulsar la salida? Es posible hacer un voltaje más alto a partir de uno más bajo, que es lo que hace un convertidor elevador. Sin embargo, ese es un problema completamente separado de un opamp, y no es adecuado para integrarlo en el mismo chip por una variedad de razones. Podría crear algún tipo de módulo que produzca ± 10 V con solo una batería de 6 V, pero eso requiere mucho más que un "opamp".