diferencia entre las configuraciones del búfer de ganancia unitaria utilizando op-amp

Un opamp normal tiene una ganancia infinita, prácticamente [factor] x 10 ^ 5. La diferencia entre + y - terminal determina su salida:

Vout = (V + - V-) * A_ol

Para un opamp tendrás 2 reglas:

• No hay entrada de corriente.
• Los terminales de entrada no comparten diferencia de voltaje. Esto se puede explicar porque A_cl para un opamp ideal es infinito, por lo que (V + - V-) debería ser 0V, de lo contrario, Vout también sería infinito.

Cuando crea un circuito real, reduce la ganancia de bucle abierto a una ganancia de bucle cerrado. Sin embargo, las 2 reglas establecidas solo funcionan para comentarios negativos. Si utiliza retroalimentación positiva, no se aplican.

Entonces, si la regla de no diferencia de voltaje de entrada no se aplica, el opamp básicamente se convierte en un comperador. Una situación de inversión intentaría llevar la diferencia a 0 V debido a su retroalimentación. Ahora se convertirá en un simple comperador con Vout = H si V + > V-, Vout = L si V + < V-. En un búfer de ganancia unitaria equivocado, verás Vout = L porque V + es inferior a la señal con la que lo estás alimentando.

Como no podía creer que ambas situaciones simularan lo mismo, lo hice yo mismo:

Solo2opampsquesealimentaninternamentea+/-15V.Siguenunafuentede1kHza10Vpp.Losresultadosson: (Nota: los colores se invierten, por lo que verde = púrpura, cian = rojo)

Oh, entonces se amplifican correctamente. Pero el opamp ideal tiene una ganancia infinita, sin voltajes de compensación, sin corrientes de polarización de entrada, sin limitaciones de ancho de banda (sin embargo, no notaremos mucho de eso a 1kHz) etc. Si observamos un opamp real, elegí uno al azar (TL031) :

Yahorasecortarepentinamente,porqueelopampnotienelarespuestacorrecta.

Si utiliza una retroalimentación desde la salida a la entrada no inversora, encontrará que a medida que la salida sube demasiado, la diferencia aumentará y se enrollará.

Tienes que usar los comentarios para la entrada de inversión.

¿Qué está sucediendo realmente?

Un amplificador operacional intenta tomar la diferencia de la no inversión en comparación con la inversión y multiplicarla por infinito. Digamos que la ganancia es solo de 10 (sin embargo, en lugar de los 10 ^ 5 que puede esperar) y analizamos un ejemplo. Hay dos puntos importantes que recordar aquí: la respuesta de la salida a la entrada inversora es casi instantánea, esto no siempre es cierto, pero es una aproximación razonable para las frecuencias bajas.

El circuito:

Si, por ejemplo, cambiaste instantáneamente Vi de 0V a 10V, ¿qué pasaría?

1. En el instante en que ocurre el cambio de voltaje, su Vi es 10V, su Vo es 0V.
2. Esto significa que el amplificador operacional tiene una diferencia de 0-10 V e intentará comenzar a girar hacia la marca de -100V.
3. A medida que el voltaje oscila hacia 0V, el voltaje al que se dirige se reducirá. Esto sucederá todo el camino hasta que llegue a 0V. En un circuito sin carga y sin demora, esto será instantáneo.

En el mundo real, tiene demoras, esto puede causar un exceso de señal y un timbre. En el mundo real, tienes una carga, por lo que una puerta de mayor ganancia permitirá una transición de mayor velocidad.

La función de transferencia del opamp es

\ $ \ mathrm {V_ {OUT} = G \ times (V_ + - V_-)} \ $

En nuestro circuito con la retroalimentación positiva que se convierte

\ $ \ mathrm {V_ {OUT} = G \ times (V_ {OUT} - V_ {IN})} \ $

\ $ \ mathrm {(- G + 1) \ times V_ {OUT} = -G \ times V_ {IN}} \ $

\ $ \ mathrm {V_ {OUT} = \ dfrac {G} {G - 1} \ times V_ {IN}} \ $

Para un opamp ideal \ $ \ mathrm {G} \ $ es infinito, entonces

\ $ \ mathrm {V_ {OUT} = \ dfrac {\ infty} {\ infty - 1} \ times V_ {IN} = V_ {IN}} \ $

Y como el opamp ideal es infinitamente rápido, puede seguir perfectamente el voltaje de entrada. Esa es la razón por la que funciona en tu simulador.

¿Cómo son diferentes los opamps reales? Bueno, primero no tienen ganancia infinita, y segundo, no son infinitamente rápidos. Las operaciones reales tienen una ganancia del orden de 100 000. Pero la velocidad matará a nuestro seguidor de voltaje. Los opamps tienden a oscilar, y los primeros opamps tuvieron que ser compensados en el circuito del diseñador, que era un PITA. Los opamps actuales tienen una compensación interna que los hace mucho más fáciles de usar. La compensación limita el ancho de banda e introduce un retardo de propagación desde la entrada hasta la salida.

Comencemos con ambas entradas a 0 V. Si \ $ \ mathrm {V _-} \ $ aumenta 1 \ $ \ mu \ $ V la salida (y, por lo tanto, la entrada no inversora) no seguirá de inmediato. Obtenemos una pequeña diferencia de voltaje negativo que se amplifica en 100 000 para convertirse en -100 mV en la salida. Eso da como resultado una nueva diferencia de entrada de -100.001 mV (tuvimos +1 \ $ \ mu \ $ V en la entrada inversora :-)), que nuevamente se amplifica en 100 000, y la salida va al riel negativo.

Este circuito tiene dos estados estables: la salida al riel de suministro positivo y al riel de suministro negativo.