Concepto breve virtual en un amplificador operacional

Question

Debido a que la ganancia de lazo abierto es infinita para un amplificador operacional ideal, se dice que los dos terminales de entrada están virtualmente cortocircuitados.

Sin embargo, el concepto de cortocircuito virtual solo se aplica a los amplificadores operacionales en configuración de retroalimentación negativa, y no en caso de retroalimentación positiva.

¿Hay alguna razón plausible para esto?

Alguna idea al respecto sería realmente útil.

Answer 1

La retroalimentación positiva no resulta en una operación estable y lineal. En un amplificador con retroalimentación positiva, la salida se suma a la entrada, lo que resulta en una entrada más grande, y finalmente en una salida más grande. En otras palabras, la salida acelera rápidamente en una dirección hasta que ya no puede. En un circuito, la limitación es la fuente de alimentación y la salida del amplificador se satura en o cerca del voltaje de la fuente de alimentación.

Cuando la salida del amplificador se satura en o cerca del voltaje de la fuente de alimentación, no está operando como un amplificador lineal. El voltaje de salida ya no puede describirse como GAIN*INPUT. No importa cuál sea la entrada, la salida es el voltaje del riel de alimentación.

La razón por la cual se obtiene un cortocircuito virtual con la retroalimentación negativa es porque esta estabiliza el amplificador operacional en una operación lineal, y el voltaje de salida puede describirse como GAIN*INPUT. Dado que la ganancia es muy alta, la entrada es muy pequeña. Esta es la condición del cortocircuito virtual.

Esta es una explicación general y no tiene en cuenta detalles como la ganancia en lazo cerrado vs enzo abierto. Tal vez alguien más pueda proporcionar una respuesta más detallada.

Answer 2

Hay muchas metáforas que se utilizan para hablar sobre los amplificadores operacionales, y ninguna de ellas debe tomarse literalmente, y rara vez se pretende que se utilicen en contextos más amplios.

La metáfora del cortocircuito virtual entre los pines inversor y no inversor es solo eso, una metáfora. Esa es tu razón plausible. Los pines no están realmente en cortocircuito, por lo que esta idea no se aplica a situaciones de retroalimentación positiva.

Otra metáfora que se utiliza con frecuencia, que en mi opinión es ligeramente mejor (ya que hablar de cosas en términos de interconexiones como cortocircuitos podría interpretarse como si realmente hubiera tal conexión, y que está presente en otras situaciones), es que un amplificador operacional con retroalimentación negativa está 'tratando de mantener los dos terminales de entrada iguales'.

De hecho, voy a decir que la metáfora del cortocircuito virtual es completamente incorrecta. Esto hace que parezca un efecto pasivo, y uno que se debería aplicar a otras situaciones, cuando ninguna de las dos cosas es cierta. Los amplificadores operacionales siguen siendo simplemente amplificadores, y todo lo que realmente hacen es tomar la diferencia de potencial entre los terminales de entrada y amplificarla a una más grande en la salida.

Con retroalimentación negativa, esta diferencia de potencial amplificada tiene el efecto de reducir la señal de entrada que se está amplificando, o más bien, la diferencia entre los terminales de entrada, por lo que cuando la ganancia es muy alta, esto significa que el amplificador operacional está reduciendo activamente la diferencia entre sus dos entradas a casi nada. No hay un cortocircuito virtual, simplemente estamos utilizando la salida amplificada para afectar la entrada, y la retroalimentación negativa siempre ayuda a reducir la entrada.

En la retroalimentación positiva, la salida amplificada aumentará la diferencia de potencial en la entrada, lo que hará que la salida sea aún mayor, lo que hará que la entrada sea aún mayor, y en un amplificador operacional ideal mágico, todo diverge hacia \$\infty\$.