Efecto de carga del resistor en un amplificador operacional inversor

Question

Estaba leyendo algunas notas hace un tiempo y estoy luchando conceptualmente con la filosofía del amplificador operacional ideal. Esto comenzó cuando miré la figura superior a continuación, originalmente lo resolví usando técnicas básicas de divisor de voltaje/equivalente de Thevenin. Pero cuando vi cómo mi profesor hizo el problema, utilizó el hecho de que el suelo virtual en el terminal inversor significa que R3 está en paralelo con R2. Nuevamente esto tenía sentido para mí, pero quería mirar algunos otros problemas para entender este resultado que lleva a los problemas del medio y la parte inferior. Quería saber por qué la resistencia de carga en el amplificador operacional en el problema del medio no es la misma que ponerla a tierra virtual, como hicimos en el problema de arriba. Además, ¿por qué la técnica de los profesores en el primero funciona mientras que no funciona en el medio/fondo?

simular este circuito – Esquemática creada usando CircuitLab

simular este circuito

Answer 1

Para calcular el voltaje y la corriente de R3 (del segundo circuito) se podría decir que está virtualmente en paralelo con R2. Pero ahí es donde termina la similitud.

Una parte importante del análisis de un circuito de amplificador operacional es utilizar la corriente de retroalimentación que fluye hacia (o desde) la posición del pin de entrada negativa para determinar la operación del circuito. En esta configuración de amplificador negativo, la corriente de retroalimentación es igual y opuesta a la corriente de entrada, esto mantiene el pin de entrada negativa a tierra virtual (igual al pin de entrada positiva).

En el segundo circuito, la resistencia de carga está "puentada" a la tierra real, por lo que la corriente a través de esa resistencia no afecta en absoluto la sección de retroalimentación.

En el primer circuito, R2 al estar conectada a tierra afecta la corriente de retroalimentación.

Por lo tanto, tu progresión desde el primer circuito, al segundo, luego al tercero no sigue la idea correcta en términos de la corriente de retroalimentación, por lo que cada circuito operará de manera diferente.

Answer 2

Una de las propiedades de un amplificador operacional ideal es que puede conducir cualquier carga. En otras palabras, el amplificador operacional ideal suministrará la corriente de salida necesaria para lograr el voltaje de salida establecido por la entrada y la red de retroalimentación.

Considera el circuito del medio con y sin una resistencia de carga. Sin una resistencia de carga (es decir, \$R_{\text{L}} \to \infty\$) claramente solo hay un camino para que la corriente de salida fluya -- hacia la resistencia de retroalimentación, y esta corriente también fluye completamente hacia la resistencia de entrada ya que ninguna corriente fluye hacia las entradas de un amplificador operacional ideal. Esto establece la relación entre los voltajes de entrada y salida para el amplificador inversor. Agregar una resistencia de carga finita no afecta la red de retroalimentación ni la relación entre entrada y salida -- simplemente significa que el amplificador operacional necesita suministrar más corriente de salida (la corriente habitual hacia la red de retroalimentación, y también la corriente hacia la resistencia de carga para satisfacer la Ley de Ohm). Dado que un amplificador operacional ideal puede proporcionar cualquier corriente necesaria, la resistencia de carga no afecta la función de transferencia.

En los primer y tercer circuitos se añaden resistencias a la red de retroalimentación. La retroalimentación se cambia, por lo que cambia la función de transferencia. El primer circuito añade \$R_2\$, que deriva la corriente lejos del camino normal de la entrada a la salida. El tercer circuito añade un segundo camino para que la corriente de salida fluya hacia la entrada del amplificador operacional -- pero esta segunda corriente también fluirá a través de la resistencia de entrada \$R_4\$ por lo que la función de transferencia se altera. La corriente adicional de salida que fluye hacia la resistencia de carga en el segundo circuito en realidad no fluye a través de la resistencia de entrada.

Agregar una resistencia de carga no afecta la corriente que fluye a través del nodo en la entrada inversora del amplificador operacional. Añadir resistencias a la red de retroalimentación sí lo hace, y por eso la función de transferencia se ve afectada. Tratar \$R_2\$ y \$R_3\$ en paralelo en el primer circuito es una forma conveniente de calcular la corriente que fluye a través de las resistencias, pero en realidad no están en paralelo.