He estado tratando de calcular el Vout como se muestra en el diagrama, pero me cuesta entender cómo está cableado el circuito. Necesito calcularlo para el interruptor S en la posición inferior y superior. Me doy cuenta de que no hay corriente que fluya a través del terreno virtual. Estoy confundido en cuanto a por qué Vout, Vin y R4 no están conectados, y qué significa "arriba" y "abajo" para el interruptor.
Dos casos:
Cuando el interruptor se encuentra en la posición inferior o en la posición superior, \ $ V_ {in} \ $ configura una corriente en el nodo virtual que es \ $ \ cfrac {V_ {in}} {R_1} \ $ . (Llama a ese positivo actual si \ $ V_ {in} \ $ es positivo).
Cuando el interruptor está en la posición más baja, el opamp debe extraer toda esa corriente a través de \ $ R_2 \ $ y \ $ R_3 \ $. Pero para hacer eso, el voltaje en la salida del opamp tiene que ser de una señal opuesta. Por lo tanto, la salida operativa y la tensión de salida serán:
$$ - \ cfrac {V_ {opamp}} {R_2 + R_3} = \ cfrac {V_ {in}} {R_1}, \: \: \: \ por lo tanto V_ {out} = V_ {opamp} = -V_ {en} \ cfrac {R_2 + R_3} {R_1} $$
Sin embargo, cuando el interruptor está en la posición superior, el operador todavía debe sacar toda esa corriente a través de \ $ R_2 \ $. Pero no necesariamente a través de \ $ R_3 \ $, ya que la carga también puede estar disminuyendo o actualizando. Así que ahora, la tensión de salida será:
$$ - \ cfrac {V_ {out}} {R_2} = \ cfrac {V_ {in}} {R_1}, \: \: \: \ por lo tanto V_ {out} = - V_ {in} \ cfrac {R_2} {R_1} $$
La salida en el opamp deberá ser:
$$ - \ cfrac {V_ {opamp} -V_ {out}} {R_3} = \ cfrac {V_ {in}} {R_1} -I_ {load}, \: \: \: \ por lo tanto V_ { opamp} = - \ left [V_ {in} \ cfrac {R_2 + R_3} {R_1} + I_ {load} \ cdot R_3 \ right] $$
Deberá asegurarse de que el opamp tenga suficiente conformidad de voltaje, en cualquier caso.
Con los valores que se muestran en su diagrama, tendrá \ $ V_ {out} = - 20 \: \ textrm {V} \ $ con el interruptor en la posición inferior y \ $ V_ {out} = - 8 \ : \ textrm {V} \ $ con el interruptor en la posición superior. También puede ver que en la posición superior, y con un voltaje de entrada positivo y con una corriente de carga positiva, el opamp tendrá que tener un voltaje de salida con una magnitud negativa mayor que si no hubiera corriente de carga en absoluto.
Estoy confundido en cuanto a por qué Vout, Vin y R4 no están conectados
\ $ V_ {out} \ $ es el voltaje entre el terminal más a la derecha del conmutador \ $ S \ $ y tierra. Si le ayuda conceptualmente, coloque un voltímetro entre los dos terminales donde se encuentra la etiqueta \ $ V_ {out} \ $ y considere que el voltaje medido es el voltaje \ $ V_ {out} \ $.
\ $ V_ {in} \ $, por otro lado, es un estímulo y, por lo tanto, puede colocar una fuente de voltaje en los terminales donde se encuentra la etiqueta \ $ V_ {in} \ $ y luego etiqueta la fuente \ $ V_ {in} \ $.
Ambos terminales de \ $ R_4 \ $ están conectados, así que no estoy seguro de que sea un error tipográfico o si no ve que lo están.
Finalmente, un lugar mejor para preguntas como esta es el sitio de intercambio de pila de EE, que incluye un editor de esquemas que permitiría que una respuesta incluyera fácilmente un esquema.
Este es un diagrama de circuito de un elemento de circuito, en este caso un amplificador operacional inversor que se ha configurado para amplificar una señal específica (Vin) y emitirla a un cierto nivel (Vout). En primer lugar, R4 está conectado a tierra. Vin y Vout no están conectados, porque el diagrama del circuito solo se refiere a la configuración del amplificador operacional. Cuando resuelve las propiedades del circuito, simplemente asume que está aplicando una señal en el terminal Vin y recibiendo una salida en el terminal Vout.
La posición superior e inferior se refiere a la ruta que tomaría la señal de salida. Si el interruptor está en la posición superior, la conexión se realizará a la ruta que incluye R3, si el interruptor está en la posición inferior, la señal pasará por el R3.
La entrada de inversión del amplificador operacional se encuentra en un terreno virtual (como parece saber). Con un suministro de 20 mV en Vin, entonces sabe que 20mV / 1 \ $ \ Omega \ $ = 20mA fluye a través de R1. El valor de R4 es irrelevante para un amplificador operacional ideal (y no ideal para un amplificador operacional no ideal, debería estar más cerca de 1 ohmio).
Como un amplificador operacional ideal no tiene corriente de entrada, esa misma corriente debe fluir a través de R2 + R2. Vamos a suponer que no hay nada conectado a Vout, excepto un voltímetro ideal que tiene una impedancia de entrada infinita.
El interruptor es un interruptor de dos posiciones que se puede establecer en la posición superior como SW1 debajo o la posición inferior como SW2 debajo.
Ahora, el interruptor no cambia la forma en que fluye la corriente, simplemente selecciona una conexión diferente a Vout.
Dado que una corriente conocida de 20 mA fluye a través de R2 y R3 en serie y sabemos qué voltaje hay en el lado izquierdo de R2 (0V), podemos calcular fácilmente los voltajes en el Vout en cualquier posición. Lo único un poco complicado es notar cuál es el signo (el voltaje de salida será negativo para el voltaje de entrada positivo).
En la posición superior, la salida de voltaje es la de R2 solamente. En la posición más baja, la salida de voltaje es la de R2 + R3.
Entonces, el voltaje de salida Vout es de -20 V en la posición inferior del interruptor (y de hecho, ese es siempre el voltaje en la salida del amplificador operacional) y el Vout es de -8 V con el interruptor en la posición superior.
Aquí hay otra forma de representar el circuito:
Si ejecuta la simulación de Circuitlab, puede mover el interruptor a cualquier posición y leer el voltaje de salida. Serán casi exactamente los valores predichos porque el amplificador operacional particular que elegí es casi ideal en condiciones de corriente continua.
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