Al resolver un problema de amplificador operacional con dos fuentes de voltaje, ¿por qué no podemos combinarlo?

Hay una manera de combinar las soluciones para las dos fuentes de voltaje utilizando el Principio de superposición , que funciona para el ideal Opamp los problemas porque son Sistemas lineales .

Este es el procedimiento general para las fuentes de voltaje N: Cortocircuitará todas las fuentes de voltaje excepto una. Encuentre el voltaje de salida y llámelo Vo ₁ . Iterar a través de las fuentes de voltaje, cortocircuitando cada fuente de voltaje y resolviendo los voltajes de salida Vo ₁ a través de Vo _N . La tensión de salida total del circuito original es la suma de cada salida resuelta: $$ V_ {out} = \ sum_ {i = 1} ^ n Vo_i $$

La respuesta de @SpehroPefhany es la forma abreviada de decir todo esto, que es que cada entrada tiene su propia ganancia.

Realice un 'control de validez' en su propuesta. Establecer Vin = 0.

Sabemos que Vout será \ $ V_ {OUT} = + V_ {OFFSET} (1+ \ frac {R_F} {R}) \ $, que no es igual a lo que produce su ecuación: \ $ V_ { OUT} = + V_ {OFFSET} (\ frac {R_F} {R}) \ $, así que no puede.

La ganancia de la entrada no inversora (Voffset) es mayor que la magnitud de la ganancia de Vin.

Si desea restar dos voltajes y obtener una ganancia igual de cada entrada, lo que hace es agregar un divisor de voltaje a la entrada no inversora que tiene la misma relación que la red de realimentación (R / Rf) y que reduce la ganancia general de esa entrada a Rf / R.

Sin embargo, si ese voltaje es fijo, puede guardar dos resistencias simplemente ajustando el valor de Voffset más bajo por ese factor.

¿Por qué no prueba un par de ejemplos simples y ve si son coherentes para ver que está mal?

Por ejemplo \ $ R = R_f, V_ {in} = 1V, V_ {offset} = 1V \ $ para que

$$ - (V_ {in} - V_ {offset}) * (R_f / R) = 0 $$ Este resultado indicaría que la salida es cero, lo que significa que la entrada inversora debe estar a 0.5 V ya que R y Rf son iguales. Sin embargo, la entrada que no se invierte está en 1 V como lo define el problema. Esta entrada diferencial de 0.5 V se amplifica por la ganancia del sensor para dar una saturación positiva. Esto no es coherente con la declaración del problema, por lo que el cálculo debe ser incorrecto.

Si agrega \ $ V_ {offset} \ $ al resultado, sería correcto. Una forma de pensarlo es que sería lo mismo que si el terreno se elevara en \ $ V_ {offset} \ $.

$$ - (V_ {in} - V_ {offset}) * (R_f / R) + V_ {offset} = 1 $$

Por simple observación, la entrada inversora estaría a 1 V, la entrada no inversora también está a 1 V y la salida a 1 V.

Esto es autoconsistente.

Quizás pensaste que ambas fuentes de voltaje están en serie: Vin-GND-Voff. ¡Si esto fuera cierto, estarías en lo correcto!

Sin embargo, no están en serie porque hay otro elemento conectado a GND: la fuente que modela la salida OpAmp también tiene un terminal conectado a GND. Dibujar el símbolo OpAmp con una pata a GND (o mostrar explícitamente las conexiones de alimentación) muestra explícitamente de dónde proviene la corriente de salida y evita hacer suposiciones falsas.