amplificador inversor vs amplificador de voltaje no inversor

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Aquí, \ $ V_ {sig} \ $ es la señal de interés. Es una fuente de alta impedancia, representada por la resistencia en serie \ $ R_ {sig} \ $. Esta resistencia experimentará una caída de voltaje proporcional a la corriente a través de ella, según la ley de Ohm. Por lo tanto, si queremos medir qué es \ $ V_ {sig} \ $, sin introducir un error debido a \ $ R_ {sig} \ $, debemos medirlo con una carga de alta impedancia, es decir, una carga que no requiere mucha corriente de la fuente de la señal.

Es fácil ver cómo OA2, el amplificador no inversor, logra eso. Una de las reglas del amplificador operacional ideal es que no fluye corriente a través de las entradas (la impedancia de entrada es infinita). La corriente desde \ $ V_ {sig} \ $ no tiene otro lugar al que ir, por lo que no puede haber corriente. Si la corriente a través de \ $ R_ {sig} \ $ es cero, según la ley de Ohm, también lo es su voltaje.

Por otro lado, hay una ruta para la corriente en la configuración de inversión, OA1, a través de \ $ R_ {sig} \ $, \ $ R_2 \ $, y \ $ R_3 \ $. Otra regla de los amplificadores operacionales ideales con retroalimentación negativa es que sus entradas siempre tienen el mismo voltaje. Dado que la entrada + está conectada a tierra, - es efectivamente la misma. No está en realidad conectado a tierra, pero como nuestro amplificador operacional ideal puede hundirse o ser fuente, por muy actual que sea la corriente necesaria para mantenerlo en el potencial de tierra, podemos considerarlo como virtual ground para los fines de nuestro análisis.

Entonces, \ $ V_ {sig} \ $ está efectivamente conectado a tierra a través de \ $ R_ {sig} \ $ y \ $ R_2 \ $, formando un divisor de voltaje:

^{simular este circuito}

El voltaje en el medio, el que correspondería al terminal de entrada en un amplificador operacional no inversor que no tiene la fuente dibujada, no es \ $ V_ {sig} \ $. Más bien, está dada por la ecuación del divisor de voltaje:

$$ V_ {medido} = V_ {sig} \ frac {R_2} {R_2 + R_ {sig}} $$

Este es el voltaje que invierte el amplificador operacional mediante la ganancia de libro de texto de \ $ \ frac {-R_3} {R_2} \ $. Es decir:

$$ \ begin {align} \ require {cancel} V_ {out} & = V_ {medido} \ frac {-R3} {R2} \\ & = V_ {sig} \ frac {\ cancel {R_2}} {R_2 + R_ {sig}} \ frac {-R_3} {\ cancel {R_2}} \\ & = V_ {sig} \ frac {-R_3} {R_2 + R_ {sig}} \ end {align} $$

Si \ $ R_ {sig} \ ll R_2 \ $, entonces no es significativo. En este caso, es muy significativo.

Otra forma, quizás más sencilla de pensarlo, es esta: \ $ R_ {sig} \ $ y \ $ R_2 \ $ están en serie, por lo que sus resistencias se agregan. OA1 no tiene forma de saber que la resistencia que ve entre su entrada (-) y \ $ V_ {sig} \ $ son dos resistencias de la serie, y no solo una. Tan efectivamente, la resistencia allí es \ $ 20k \ Omega \ $. La ganancia de OA1 es efectivamente:

$$ \ frac {-R_3} {R_2 + R_ {sig}} $$

Lo que, como puedes ver, es un término en la ecuación anterior.

La ecuación de ganancia de voltaje no contiene la respuesta, PERO para derivar la ecuación de ganancia de voltaje, usted asume la suposición muy razonable de que ambas entradas están en el mismo voltaje. Si no lo fueran, la salida del amplificador operacional se detendría en uno de los rieles de alimentación debido a su ganancia masiva de bucle abierto.

Si -Vin = + Vin AND + Vin está conectado a 0V (riel medio), entonces -Vin asume la identidad de + Vin y también a 0V (riel medio). Esta suposición es realmente precisa, mientras que la ganancia de bucle abierto del amplificador operacional es grande y se aplica a amplificadores operacionales moderados de hasta más de 10 kHz y en amplificadores operacionales rápidos a más de 1 MHz. (Estas son generalizaciones por supuesto)

Si -Vin está a 0 V, la impedancia de entrada del op-amp de inversión es Rin.

Mirando a + Vin, todo lo que esté conectado tiene que proporcionar una corriente de polarización para la entrada y, como muchos de los amplificadores operacionales son JFET (por ejemplo), la impedancia de entrada en + Vin es muy alta.

La entrada inversora actúa como tierra virtual .

Al derivar la ecuación de ganancia de voltaje, la corriente de entrada de la señal es casi igual y opuesta a la corriente de realimentación de salida. La diferencia entre estas dos corrientes es muy pequeña (relacionada con la ganancia de bucle abierto) y es solo esta pequeña corriente la que realmente ingresa en la entrada inversora.

En realidad, esto corresponde a una resistencia de entrada muy alta (se requiere virtualmente una corriente de entrada de 0 para operar el amplificador operacional).

Desde el punto de vista de la señal de entrada "solo ve" la resistencia de entrada conectada desde ella a un punto de 'tierra virtual' (0V). Es este valor (externo) el que se toma como la resistencia de entrada al amplificador operacional. Por lo tanto, se dice que un amplificador inversor tiene una menor resistencia de entrada.

La entrada que no se invierte es como la entrada que invierte (en la actualidad) pero no actúa como una tierra virtual . Por lo tanto, su resistencia de entrada se considera extremadamente alta (quizás 100 s de Megohms) porque solo tomará una pequeña corriente.