Primera vez de su publicación en EE.SE y espero que esta pregunta no es demasiado amplia. Este será un post largo. También debo señalar: yo estoy pidiendo el proceso y no la solución del problema. He creado un circuito que funciona, pero también he encontrado un circuito en línea que es más simple y, probablemente, realiza mucho mejor en la vida real. La pregunta aquí es: ¿qué ruta de acceso/proceso de pensamiento podría haber tomado para llegar a la más concisa de la solución? Entiendo que mi diseño, y funciona, al menos en LT Especias, pero utiliza más componentes para llegar allí. Entiendo las matemáticas detrás de ambas soluciones, y por lo que tanto trabajo, así que no necesita ser explicado. Es sólo el camino/vía para alcanzar la última solución que se me escapa.
La tarea: Diseño de un circuito que se va a amplificar la diferencia entre las dos tensiones de entrada por dos.
Mi procedimiento: se me resquebrajó LT de Especias, y de inmediato comenzó con un op-amp. En primer lugar quería encontrar un trabajo topología (puedo trabajar los valores exactos más adelante). Me enganchó tanto las tensiones de entrada para las dos entradas y dirigió una resistencia de retroalimentación para darme una ganancia de dos.
Perdón por el clúster de un circuito (sólo un prototipo). La diferencia entre Vin1 y Vin2 es de aproximadamente 1 V, pero Vsal es de 3 V. Que es obviamente erróneo, y rápidamente me di cuenta de por qué. Seguro, la diferencia es amplificada por 2, pero se resta de Vin2, que da a 2 V, 3 V (Vin2 = 5 V, 5 V - 2 V = 3 V Vsal).
El primer intento me hizo darme cuenta de un par de cosas. Mi resultado deseado no aparece en esta solución, pero es 1) invertida y 2) con respecto a Vin2, no suelo como yo esperaba. Habiendo analizado, es evidente, pero no lo era antes (principiante cerebro, oh). Desde que la no-entrada inversora parece ser la referencia aquí, pensé que acaba de establecer a tierra y luego alimentar a la diferencia entre Vin1 y Vin2 en una de las entradas.
La combinación de los voltajes es fácil, pero uno de ellos debe ser invertida, de modo que se cancelan a través de la superposición. Lo único que quedaría sería la diferencia, que puede ser alimentado en la etapa de amplificación. Decidí alimentar Vin1 a través de un inversor. El otro cae la tensión de la superpuesto directamente, y la diferencia se alimenta a un amplificador con ganancia de 2, dando el circuito así:
La simulación se comprueba que el circuito funciona como se esperaba. La tarea de los requisitos se cumplen.
Después de haber pasado por el proceso de diseño por mí mismo, que me miró un diferencial op-amp amplificador en línea y encontré este chico (de la electrónica-tutoriales.el lr):
Qué diablos! ¿Cómo me olvido de que? Este ni siquiera ha cruzado por mi mente! Después de fracasar con la alimentación Vin2 en la no-entrada inversora, he rehecho mi diseño basado en mis observaciones. He observado que Vsal será un voltaje de offset con respecto a la no-entrada inversora, y después de eso, llegué a una solución de trabajo. Pero esto también es una solución de trabajo! ¿Qué podría tener yo posiblemente observado acerca de mi primer intento que me han llevado a descubrir la solución más simple presentado en la electrónica-tutoriales? Me siento como que hay una mentalidad de aquí que se pierde completamente en mí, y yo estoy tratando de encontrar. Espero que ustedes, que podría haber llegado con un diseño como este de inmediato puede ayudar me apunta hacia ese eslabón perdido. Ya'll, son mucho más inteligentes que yo.:)
EDIT: me tomó un par de días para reflexionar sobre este problema, y creo que me di cuenta de cómo llegar allí. Como por Reinderien la sugerencia, me he tomado el circuito inicial que tenía y creía que la función de transferencia:
$$V_{out}(t) = \frac{R_2}{R_1}(V_{in2}(t)-V_{in1}(t)) + V_{in2}(t)$$
Which is basically what I already expected from the simulation I ran in LT Spice. I get the difference between the two inputs, multiplied by the gain, and offset by the input at the non-inverting op-amp pin.
I started to think about how I could get rid of the offset Vin2. I needed to somehow get both Vin2 terms to cancel out to get just the difference. The method dawned on me when I remembered that this is kind of what you get if you calculate a Thevenin's equivalent circuit. For example, in a simple voltage divider circuit, we end up with the source voltage multiplied by a factor determined by the resistors. The current here isn't of particular importance since the ideal op-amp doesn't draw any current itself, so it does not load the equivalent network (yes, I understand that in the real world, the input impedance would matter considering the voltage source would then be loaded, but for the sake of argument, and considering it is a basic electronics class, assume the planets align just right). So, I got on with the algebra as follows (to simplify latex, Vin1(t) -> V1 and Vin2(t) -> V2):
$$\begin{eqnarray*} \frac{R_2}{R_1}(V_2-V_1)&=&\frac{R_2}{R_1}(\alpha V_2 - V_1) + \alpha V_2\\ &=&\frac{R_2}{R_1}\alpha V_2 + \alpha V_2 - \frac{R_2}{R_1}V_1\\ &=&V_2 (\alpha \frac{R_2}{R_1}+\alpha ) - \frac{R_2}{R_1}V_1\\ &=&\frac{R_2}{R_1}\left[ V_2(\alpha +\frac{\alpha R_1}{R_2}) - V_1\right] \end{eqnarray*}$$
The equation on the left and right are the same, except for the (a*R2/R1 + a) factor. On the left, the matching coefficient is 1. There is only one possibility. Whatever a is, that whole thing needs to work out to 1, so
$$\begin{eqnarray*} 1&=&\alpha + \frac{\alpha R_1}{R_2}\\ R_2&=&R_2\alpha + R_1\alpha\\ R_2&=&(R_2 + R_1)\alpha\\ \frac{R_2}{R_2 + R_1}&=&\alpha \end{eqnarray*}$$
Creo que es bastante satisfactorio. Cuando nos atenuar Vin2 por la complementariedad de relación (por falta de una palabra mejor) de la ganancia, las cantidades de trabajo fuera justo a la derecha.
