¿Resistencia negativa, impacto en la fuente de voltaje?

Sí, su circuito opamp presenta resistencia de -R3 a masa en la entrada positiva opamp. Creo que su pregunta es más acerca de qué hará una fuente de voltaje cuando se le presente una resistencia negativa.

La corriente fluirá hacia atrás a través de la fuente de voltaje. Eso significa que la resistencia negativa está produciendo energía y la fuente de voltaje la disipa. Está bien. De hecho, las resistencias negativas siempre producen energía a menos que el voltaje a través de ellas sea cero, al igual que las resistencias positivas siempre absorben energía a menos que la tensión a través de ellas sea cero. Esta es una de las razones por las que no tenemos resistencias negativas, como las resistencias positivas. Las resistencias negativas tendrían que producir energía.

Para ver quién prestaba atención cuando hablaba de resistencias negativas, mi profesor de circuitos en la universidad terminó diciendo "... y tengo un frasco de ellos en mi oficina. Cualquiera que quiera ver uno puede venga más tarde ". y luego miró a su alrededor para ver quién se reía. Me sorprendió la cantidad de personas que miraban fijamente sin saber por qué algunos de nosotros nos reíamos entre dientes.

Creo que la confusión proviene del hecho de que rara vez nos encontramos con resistencias negativas, y que estás acostumbrado a pensar que una fuente de voltaje produce energía, no la absorbe. Si es así, necesitas ampliar tu perspectiva. Lo único que se garantiza que haga una fuente de voltaje ideal es mantener el voltaje constante a través de él. Eso es cierto ya sea que haya que fuente o sumidero de corriente para hacerlo. Hay instancias en circuitos regulares donde tenemos fuentes de voltaje que están destinadas a funcionar mediante la corriente de hundimiento. Eso es básicamente lo que es un regulador de derivación. Un diodo Zener es un componente pasivo que hace esto.

Debe darse cuenta de que una fuente de voltaje, particularmente una fuente de voltaje ideal utilizada para el análisis teórico anterior, no es lo mismo que una fuente de alimentación. Las fuentes de alimentación pueden esforzarse por emular una fuente de voltaje ideal, al menos por algunos límites dentro de la operación del primer cuadrante, pero una verdadera fuente de voltaje ideal funciona para todas las corrientes desde -∞ hasta + ∞.

Si la fuente de voltaje tuviera una resistencia positiva, sería lo mismo que tener una fuente de voltaje ideal con una resistencia positiva en serie con ella. Las resistencias en serie suman, sean negativas o positivas. El efecto desde el punto de vista de la fuente de voltaje es simplemente la suma de las dos resistencias.

Tenga en cuenta que si la resistencia de la fuente de voltaje es demasiado alta, entonces el circuito se vuelve inestable. Considere una resistencia negativa de circuito abierto. Sería estable a exactamente 0 voltios, pero tan pronto como hubiera un poco de voltaje en él, correría rápidamente hacia un voltaje infinito positivo o negativo, dependiendo del signo del voltaje de inicio.

Obviamente, los circuitos reales no pueden ir a un voltaje infinito. En el caso de su circuito opamp, la salida opamp solo puede a sus rieles de suministro. Una vez que eso suceda, dejará de funcionar como una resistencia negativa.

Analicemos lo que está pasando en este circuito:

Supongamos que la tensión en cada terminal de entrada del opamp es igual.

Eso significa que a través de R1 tenemos la siguiente corriente:

\ begin {equation} I_1 = \ frac {Vs} {R1} \ end {ecuación}

Esta corriente no puede provenir del terminal de entrada opamp, por lo que debe venir a través de R2.

\ begin {equation} I_1 = I_2 = \ frac {Vo - Vs} {R2} \ end {ecuación}

Resolvamos la tensión de salida.

\ begin {equation} Vs \ cdot R2 = R1 \ cdot (Vo - Vs) \\ Vo = \ frac {Vs (R2 + R1)} {R1} \ end {ecuación}

Y, finalmente, puede haber algún flujo de corriente a través de R3.

\ begin {equation} I_3 = \ frac {Vs - Vo} {R3} \\ I_3 = \ frac {Vs - \ frac {Vs (R2 + R1)} {R1}} {R3} \\ I_3 = Vs \ frac {-R2} {R1 \ cdot R3} \\ I_3 = Vs \ frac {-1} {R3} \ end {ecuación}

Por lo tanto, nuestra suposición inicial de que la corriente salía del terminal Vs positivo era incorrecta, en realidad está fluyendo hacia adentro. Por lo tanto, tiene razón en que este circuito actúa de manera similar a un generador / cargador para la fuente de voltaje, ya que le está devolviendo energía a la fuente. en lugar de sacarlo.

Hay algunos puntos clave para sacar:

1. El voltaje de la fuente es más bajo que el voltaje de salida del opamp. Cuánto más bajo es dictado por la resistencia R3.

2. En la práctica, el opamp no es ideal. Tiene un límite de suministro de voltaje limitado y solo puede emitir una cantidad máxima de corriente. La mayoría de las señales de señal tipo jelly-bean solo pueden generar / hundir una cierta cantidad de corriente, por ejemplo del orden de 40 mA, por lo que puede suceder que con una configuración particular la fuente nunca invierta el sesgo y se drene normalmente.

Entonces, ¿qué pasa si la fuente no es ideal y tiene alguna resistencia interna? Las ecuaciones cambiarán ligeramente (puede analizarlas usted mismo), pero el resultado final es que obtendrá un flujo de corriente ligeramente menor en la fuente de voltaje.

¿Esto dañará / destruirá una fuente de batería? Bueno, depende en gran medida de la batería que tengas, de las resistencias reales que tengas y de lo cerca que esté tu opamp al ideal. Ciertas baterías que no debe intentar cargar (las baterías alcalinas genéricas tienen una mayor tendencia a fugas si intenta cargarlas).

Es realmente difícil entender sus preguntas (puede intentar editar su pregunta para usar oraciones más cortas), pero intentaré probar la última.

Sí, si la resistencia de la fuente de V _S es mayor que R3, el opamp tendrá una retroalimentación positiva neta y se "alejará". Un opamp ideal suministrará voltaje infinito, pero cualquier opamp práctico se detendrá en sus carriles de suministro, y en ese punto la corriente estará limitada al voltaje de suministro dividido por la resistencia (positiva) de R3.

No hay ningún misterio real, el término "resistencia negativa" hace que parezca que es un dispositivo mágico pero no lo es.

Primero imagina un escenario mucho más simple. Una batería H conectada a otra batería L de menor voltaje a través de una resistencia R. Simplemente, H comenzará a "cargar" L, lo que básicamente significa que la corriente fluirá hacia ella. La cantidad de flujo de corriente depende principalmente del voltaje de H y R.

Ahora, ¿qué pasa si controlas el valor del voltaje de H para que la cantidad de corriente que termina fluyendo hacia L dependa del voltaje de L? Específicamente, de modo que si el voltaje de L aumenta, la corriente que fluye en él aumenta, y si el voltaje de L disminuye, la corriente que fluye en él disminuye (proporcionalmente). Sería matemáticamente equivalente a tener una resistencia negativa en su lugar. Esto es exactamente lo que hace el circuito del amplificador operacional. Nuestra R es R3 en el circuito, nuestra batería L es la fuente de voltaje Vs, y nuestra batería especial H que cambia el voltaje de acuerdo con el voltaje de L es el circuito del amplificador operacional, que ajusta el voltaje de salida para que se cumpla nuestra condición especial.

Esto funcionará hasta que la salida del amplificador operacional se acerque a su voltaje de alimentación, levante la cortina y exponga nuestro truco.

Por lo que yo entendí, el circuito solo ayuda al generador \ $ V_s \ $ a comportarse ya que su resistencia interna es 0 al bombear hacia la carga (que debe estar conectada a \ $ V_s \ $) una corriente adicional . Por lo tanto, no hay diferencia si la resistencia interna o el generador ya es 0. En cualquier caso, hay un límite a la cantidad de corriente extra que se puede bombear, dependiendo de ambos Vs y la tensión de salida máxima del amplificador.