¿Qué potencial de referencia utiliza un amplificador operacional como potencial de “conexión a tierra”?

No sabe ni le importa. El circuito interno de Opamp funciona así:

Uout está cerca de 0 V cuando U1 < U2 y Uout están cerca de la tensión de suministro total en EE. UU. Cuando U1 > U2. Justo alrededor del caso U1 = U2 hay una zona de transición A. Su ancho en las prácticas es muy inferior a un milivoltio. Nadie garantiza que la zona sea lineal o simétrica alrededor del cero, pero normalmente los opamps se usan con un circuito de retroalimentación que obliga al opamp a emitir Uout tal que U1-U2 está dentro de la zona de transición.

Las personas a menudo nos dividen en dos partes en serie. Se dice que la parte superior es el suministro positivo y la parte inferior se dice que es el suministro negativo. Se dice que el punto medio es la tierra y todos los voltajes en los diseños de aplicaciones se refieren a él. Pero internamente, el opamp hace referencia a todos a uno de los polos de la tensión de suministro de nosotros.

En los diseños de IC de bajo costo, los circuitos internos no pueden aceptar que U1 y U2 sean lo que sea, deben estar entre 0 y + Nosotros y hay un margen necesario. El margen es necesario al menos en un extremo del rango 0 ... + Nosotros para dejar un poco de quirófano para el circuito interno.

Muchos compradores no quieren margen a 0V, quieren que U1 y U2 puedan ser 0V. Si el circuito interno está diseñado correctamente (= transistores de entrada PNP), el rango utilizable para U1 y U2 es de cero a 1 ... 1,5 V menos que nosotros. Un viejo y conocido diseño de IC LM124 es así. El análisis de su esquema interno revela que realmente utiliza el polo positivo de los Estados Unidos como su punto de referencia interno, pero eso no hace ninguna diferencia en mis dibujos y ecuaciones.

Luché con el mismo problema por un tiempo. La respuesta no siempre es obvia.

El amplificador operacional, en general, no tiene idea de dónde está el suelo, ya que no hay un pin de entrada a tierra. A menudo es el voltaje negativo como en las aplicaciones de suministro de un solo riel y otras veces está en algún lugar entre V + y V- como en los suministros de riel dividido.

Casi todos los amplificadores configuran el amplificador operacional con retroalimentación negativa para controlar y linealizar la ganancia.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. Dos configuraciones de amplificador operacional más comunes.

De la teoría básica de la aplicación del amplificador operacional, debe quedar claro que en ambos casos que se muestran en la Figura 1, la retroalimentación negativa hará que la tensión de salida pase a la tensión necesaria para que la entrada inversora alcance el mismo potencial que la no corriente. -inversion de entrada. El resultado para cada caso es:

$$ V _ {\ text {Oa}} = - V _ {\ text {in}} \ frac {R_f} {R_i} + V _ {\ text {ref}} $$

$$ V _ {\ text {Ob}} = V _ {\ text {in}} \ left (1+ \ frac {R_f} {R_i} \ right) \ + V _ {\ text {ref}} $$

Tenga en cuenta que \ $ V _ {\ text {ref}} \ $ y \ $ V _ {\ text {in }} \ $ se debe hacer referencia a algún punto y la salida se refiere al mismo punto. Si \ $ V _ {\ text {ref}} \ $ es cero, obtenemos nuestras fórmulas estándar de ganancia de amplificador operacional.

$$ V _ {\ text {Oa}} = - V _ {\ text {in}} \ frac {R_f} {R_i} $$

$$ V _ {\ text {Ob}} = V _ {\ text {in}} \ left (1+ \ frac {R_f} {R_i} \ right) $$

Amplificador de palanca

^{simular este circuito}

Figura 2. La palanca de inversión. El fulcro es 1/3 a lo largo de la palanca, por lo que está trabajando con una ganancia de -2.

• (a) La entrada, el fulchrum y la salida están a la tensión de referencia. Su altura sobre la referencia es cero.
• (b) La entrada se ha presionado hasta -1. La salida ha aumentado a +2 con respecto a la referencia.
• (c) Exactamente la misma palanca pero con la referencia movida a una altura diferente. Ahora la entrada, el punto de apoyo y la salida están en +5.
• (d) Se ha aplicado el mismo desplazamiento angular. Ahora la entrada está en +4 y la salida en +7 en relación con la referencia.

P: ¿Cuál es la diferencia en la amplificación de (d) en comparación con (b)?
A: Nada. El mundo no ha cambiado. Nuestro punto de referencia ha cambiado, de modo que la entrada, el punto de apoyo y la salida tienen un desplazamiento fijo debido a la nueva posición de referencia.

Realmente no importa. Solo puede dar salida hasta sus rieles de potencia, y si lo considera ideal, siempre estará en uno de esos rieles en ausencia de cualquier comentario.

La estructura de retroalimentación es lo que le da una referencia. Por ejemplo, en una configuración de ganancia negativa de un solo extremo, la entrada positiva proporciona la referencia; es un punto elegido en el rango donde el voltaje en la entrada da como resultado el mismo voltaje en la salida.

En la práctica, el voltaje de compensación del amplificador operacional multiplicado por la ganancia es típicamente mucho más que el voltaje de alimentación. Por ejemplo, el LM324 tiene una ganancia de aproximadamente 100,000 y una compensación de quizás un par de mV, por lo que cientos de voltios en la salida.

Si necesita un número para los cálculos, puede pensar en él como ( \ $ V _ + \ $ + \ $ V _- \ $ ) / 2 si lo desea, lo que convenientemente se reduce a cero para voltajes de suministro balanceados, pero el número que elija dentro de los rieles de suministro (por ejemplo, si selecciona 0 para una única fuente de alimentación de 5 V -ampo) el error debe ser pequeño para los amplificadores operacionales típicos.

Por ejemplo, un amplificador de precisión con una ganancia de 1,000,000 y un voltaje de compensación de +/- 12uV típico .. aún +/- 12V en la salida basada en la compensación.