Conversión analógica a digital: ¿son posibles los valores numéricos naturales con un amplificador?

No, no es posible lograr resultados de amplificador operacional ideales cuando se utiliza un amplificador operacional práctico. Recuerde que el 741 no es un amplificador operacional ideal; Multisim está intentando simular su circuito basándose en características de dispositivos reales y no ideales. Considere las especificaciones para el amplificador operacional LM741 - hoja de datos de Texas Instruments LM741 tabla de características eléctricas a partir de página 2.

LM741C Input Offset Voltage (Vos) puede tener una variación de temperatura de hasta 7.5mV. Esta característica por sí sola significa que una entrada de -0.25V no necesariamente emitirá 0V, porque la entrada inversora ve una diferencia de voltaje impredecible además del voltaje real en el pin. Como si la entrada no fuera -0.25V sino en algún lugar en el rango entre -0.2575V y -0.2425V. Un voltaje de compensación de entrada más alto se correlaciona con un error de voltaje de salida más alto. Existen op-amperios que tienen menor voltaje de compensación; estos se anuncian como precision op-amps. Tener un voltaje de compensación de entrada bajo puede requerir realizar concesiones de diseño, por lo que esta característica se optimiza en algunos amplificadores operacionales, pero no en todos.

Large-Signal Voltage Gain (A) normalmente es de 200V / mV (o 200000V / V), pero en algunos casos puede ser tan bajo como 10V / mV. Si la ganancia fuera infinita, entonces la entrada inversora del amplificador operacional sería impulsada por la retroalimentación para cumplir con el mismo voltaje que la entrada no inversora, tal como lo haría el amplificador operacional ideal. Sin embargo, con un amplificador operacional real, la ganancia de bucle abierto es grande pero finita. Entonces, esta ganancia finita se correlaciona con una diferencia de voltaje finita entre las dos entradas. Cuanto menor sea la ganancia de voltaje de la señal, mayor será la diferencia entre las entradas inversora y no inversora. Esto también contribuye a la tensión de error de salida.

Otro punto a tener en cuenta con 741 es que el Output Voltage Swing puede llegar a solo 2 V de los rieles de la fuente de alimentación. En este caso, no es un problema, porque su circuito utiliza rieles de suministro de +/- 15VDC. Sin embargo, vale la pena tener en cuenta que el 741 no impulsará correctamente los voltajes de salida demasiado cerca de los voltajes del riel de la fuente de alimentación. Su señal de salida dynamic range es limitada. Existen amplificadores operacionales que pueden impulsar la salida muy cerca (pero no excediéndose) de los voltajes del riel de la fuente de alimentación; estos se anuncian como Rail-to-rail de amperios de operación. Para operaciones de bajo voltaje, esto es muy importante.

Me doy cuenta de que puede haber elegido el amplificador operacional 741 de manera predeterminada, con la intención de usar un amplificador operacional ideal. El 741 fue el primer amplificador operacional de circuito integrado y fue muy popular a principios de los años 70. Hoy en día, el 741 se usa principalmente como ejemplo de enseñanza, porque su diagrama de circuito interno es lo suficientemente pequeño como para que un estudiante de EE pueda seguirlo y reconocer las diversas estructuras internas, pero también es un diseño completo y probado.

No es posible que exista un amplificador operacional ideal, ya que su ganancia infinita causaría una tensión cero entre las entradas inversora y no inversora, y eso a su vez siempre causaría que la salida fuera cero. El amplificador operacional ideal es un gran concepto heurístico para comprender cómo funciona la retroalimentación negativa. Pero un circuito de amplificador operacional real debe tener una ganancia grande pero finita para poder funcionar, y eso conduce a errores finitos. Gran parte del trabajo de ingeniería está determinando cuál es el margen de error aceptable.