¿Qué significa que un amplificador de operaciones es 'ganancia alta'?

Por alto nos referimos a un valor que es adecuado para un propósito especial, generalmente en el rango de 10,000 a 100,000. Los amplificadores operacionales se usan con mayor frecuencia para sistemas de retroalimentación, por lo tanto, su ganancia de bucle abierto, la ganancia obtenida sin ninguna conexión de retroalimentación, debe elegirse de tal manera que cumplan con el grado de precisión que se necesita para el circuito de bucle cerrado.

Permítame desarrollar más sobre varios parámetros que involucran los circuitos de opamp. El siguiente diagrama muestra un amplificador de realimentación. El bloque G se llama amplificador básico , y el bloque H se llama sistema de comentarios .

Lo que el sistema de realimentación hace es detectar la tensión de salida, Vo y emitir una tensión fVo, donde f es la menor. Esta tensión de realimentación de salida, a saber fVo, se resta de la tensión de entrada, Vi, y la diferencia se devuelve al amplificador básico. La relación entre la tensión de salida y la tensión de entrada se denomina ganancia de bucle cerrado , que se puede obtener simplemente dividiendo Vo por Vi:

$$ V_o = A (V_i-fV_0) $$ y por lo tanto,

$$ \ frac {V_o} {V_i} = \ frac {A} {1 + Af}. $$ Para esta ecuación, Af debe ser grande en comparación con 1. Esto significa que depende de las aplicaciones. A veces, incluso un valor de A = 100 puede darnos la precisión deseada que deseamos.

En la ecuación anterior, cuando A se acerca al infinito, la ganancia de bucle cerrado tiende a 1 / f. Esto sugiere que la ganancia de bucle cerrado ahora es independiente de las variaciones de ganancia de bucle abierto, por lo que los elementos operativos se utilizan ampliamente como elementos activos en los circuitos.

Significa que el voltaje de salida será un número enorme multiplicado por la diferencia de voltaje entre los terminales de entrada. Normalmente, la ganancia de "bucle abierto" será > 1 millón.

El efecto divertido de esto es que es casi inútil como amplificador en el modo de bucle abierto. Sin embargo, podemos hacer amplificadores muy útiles controlando la ganancia con retroalimentación negativa.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. Un amplificador operacional de bucle abierto y un amplificador no inversor con una ganancia de -10.

Una breve mirada intuitiva a un amplificador no inversor:

• En el encendido, suponga que la salida es de cero voltios y se aplica una señal de 10 mV a Vin.
• La entrada + ahora es de +10 mV y la entrada está a 0 V.

• Si el amplificador operacional tiene una ganancia de 1,000,000, la salida comenzará a subir y se dirigirá a 10 mV x 1,000,000 = 10,000 V. (En realidad, no puede ir más allá de la tensión de alimentación positiva.)

• A medida que la tensión de salida aumenta, la tensión de entrada aumenta a 1/10 de la tasa debida al divisor 10: 1 de R2 y R1. A una tensión de salida de 100 mV habrá 10 mV en la entrada y el "accionamiento" positivo en la salida se reducirá a cero. De hecho, la entrada de inversión se establecerá en un valor del orden de un microvoltio por debajo de 10 mV.

La ganancia, A, de este circuito ahora está configurada por las resistencias de realimentación en \ $ A = \ frac {R1 + R2} {R1} \ $.

Sin dejar de lado la ganancia (muy alta) de bucle abierto Ao del opamp en la configuración de no inversión (ver figura en la publicación del transistor), la ganancia de bucle cerrado (con retroalimentación aplicada) es

Acl = Ao / [1 + kAo] = 1 / [(1 / Ao) + k] con k = factor de realimentación = R1 / (R1 + R2)

Como puede ver, para (1 / Ao < < k) idéntico a (Ao > > 1 / k) la ganancia de bucle cerrado está prácticamente determinada por el factor de realimentación y llegamos a

Acl = 1 / k = 1 + R2 / R1 .

Por este motivo, todos los opamps tienen una Ao de ganancia en bucle abierto muy grande.