¿Por qué los amplificadores operacionales siguen amplificándose?

Al principio, el principio de "terreno virtual" puede aplicarse durante el DISEÑO de amplificadores basados en opamp. Esto simplifica los cálculos, y el error es aceptable en la mayoría de los casos. ¿Error? Sí, porque siempre hay un voltaje diferencial entre las dos entradas opamp, que es exactamente Vdiff = Vout / Aol. (Aol = ganancia de bucle abierto del opamp). Debido a los grandes valores para Aol (1E4 ... 1E6 para frecuencias más bajas) este dif. El voltaje Vdiff está en el rango de µV.

Sin embargo, debido a que esto no es cierto para frecuencias más grandes, la ganancia de bucle cerrado se desviará del valor calculado para frecuencias crecientes.

Con respecto a su última oración: Sí: introducir un retraso adicional en la ruta de retroalimentación causará un cambio de fase adicional, y esto puede provocar inestabilidad / oscilaciones.

EDITAR: "... hasta que se restablezca el terreno virtual y se repita el ciclo ."

Supongo que con la frase citada anteriormente, está pidiendo algo así como una "secuencia" que conduce a las condiciones de estado estable después de aplicar una señal de entrada, ¿correcto? Esta es, de hecho, una pregunta que merece algunas explicaciones.

Ejemplo : invertir un amplificador basado en opamp con una ganancia de "-2". Entrada: + 1V paso (t = 0).

Al principio (t > 0), la retroalimentación aún no está activa y la salida saltará a la tensión negativa máxima (riel de alimentación). Ahora la red de realimentación hace que el terminal inversor se vuelva negativo, y la salida comienza a voltajes positivos. Sin embargo, esto no continuará una y otra vez porque el opamp tiene elementos de retardo internos (que causan limitaciones de ancho de banda y cambio de fase). Eso significa que: la salida no "salta" a otros valores, pero tarda un poco en llegar al riel superior. Pero, en realidad, la salida NO alcanzará el riel superior porque en el camino hacia la salida positiva máxima, la tensión de salida cruza algunos valores negativos finitos, y para un valor de salida de la aplicación. Vout = -1.999V habrá un equilibrio entre entrada y salida. Explicación:

Vout = -1.999V y Vin = + 1V causan un voltaje muy pequeño entre ambas resistencias (en el terminal de entrada inv.) que, cuando se multiplica con Aol, es exactamente el voltaje de salida asumido (en el ejemplo: Vout = - 1.999V.) Este estado de equilibrio es estable.

  

Ahora si este es el caso, y las entradas de inversión y no inversión   son llevados al mismo potencial, ¿el amplificador operacional no dejará de amplificar?

El amplificador operacional amplifica el voltaje a través de (diferencia) de los terminales de entrada independientemente .

Para el amplificador operacional ideal, la ganancia de voltaje \ $ A \ $ es 'infinita' (arbitrariamente grande) por lo tanto, la diferencia de voltaje puede ser arbitrariamente pequeña y el op-amp todavía producirá una salida distinta de cero.

Aquí hay un análisis rápido. Conecte la fuente de señal a la entrada no inversora y conecte la entrada inversora a la salida a través de un divisor de voltaje para que

$$ v_ + = v_S $$

$$ v_- = \ alpha \ cdot v_O $$

donde \ $ \ alpha \ $ está entre 0 y 1.

Entonces, la tensión de salida viene dada por

$$ v_O = A (v_ + - v_-) = A (v_S - \ alpha \ cdot v_O) $$

Por lo tanto,

$$ v_O = \ frac {A} {1 + \ alpha A} v_S $$

y el voltaje de entrada inversor es

$$ v_- = \ alpha \ cdot v_O = \ frac {\ alpha A} {1 + \ alpha A} v_S $$

y la diferencia de tensión de entrada es

$$ (v_ + - v_-) = v_S - \ frac {\ alpha A} {1 + \ alpha A} v_S = \ frac {v_S} {1 + \ alpha A} $$

Entonces, vemos que, para finito op-amp gain \ $ A \ $, la diferencia de voltaje de entrada es pequeña pero no cero cuando el voltaje de la fuente de la señal \ $ v_S \ $ no es cero

Esta diferencia se amplifica por el amplificador operacional que produce un voltaje de salida distinto de cero.

Sólo en el límite de \ $ A \ rightarrow \ infty \ $ la diferencia de voltaje de entrada se reduce a cero, pero luego, con ganancia 'infinita', la salida aún puede ser distinta de cero.