Un error en "Op Amps for Everyone" sobre los atenuadores de amplificadores operacionales

Question

En el libro de Texas Instruments "Op Amps for Everyone" (5ª edición, enlace (véase la página 347), en el capítulo 25 "Errores comunes en la solicitud" creo que hay un error (irónicamente).

Establece que es incorrecto utilizar un opamp estable de ganancia unitaria para un atenuador como este:

Creo que la afirmación es errónea, porque ese atenuador tiene la ganancia de ruido de \$1+\frac{R_F}{R_G}\$ que siempre es \$\ge 1\$ . La estabilidad del amplificador óptico viene determinada por la ganancia de ruido (es decir, la ganancia con respecto a la entrada no inversora), no por la ganancia de una señal deseada (el amplificador óptico no sabe cuál es la señal deseada). Existe incluso una técnica de compensación que aumenta la ganancia de ruido preservando la ganancia de señal (por ejemplo, añadir una resistencia entre las entradas del opamp en la fig. 25.1). Sorprendentemente, incluso en el mismo libro, en el capítulo 7, secc. 7.4, hay una destacado declaración, quoute:

En este punto del análisis hay que mencionar varias cosas. En primer lugar, las funciones para las ecuaciones no inversoras e inversoras, (7.13) y (7.18), son diferentes. Para un conjunto común de \$Z_G\$ y \$Z_F\$ valores, la magnitud y la polaridad de las ganancias son diferentes. En segundo lugar, la ganancia de bucle de ambos circuitos, dada por las ecuaciones (7.15) y (7.19), es idéntica. Por lo tanto, el rendimiento de estabilidad de ambos circuitos es idéntico aunque sus ecuaciones de transferencia sean diferentes. Esto hace que el punto importante que la estabilidad no depende de las entradas del circuito .

Significa que un amplificador inversor (como en la fig. 25.1) tiene la misma estabilidad que un amplificador no inversor con las mismas resistencias (como si \$V_{IN}\$ estar conectado a tierra).

Además, a veces veo atenuadores como los de la fig. 25.1 en circuitos del mundo real diseñados por profesionales. Por ejemplo, en el Agilent 6060B hay algunos ejemplos, por ejemplo, un amplificador inversor con la ganancia de señal de \$-\frac 16\$ (la ganancia de ruido de \$1+\frac 16\ge 1\$ ):

¿Se trata de un error real en el libro (¡sobrevivió para la 5ª edición!), o me he perdido algo?

Answer 1

TL;DR

Es un error en el libro.

Detalles

Después de googlear un poco (y piratear diferentes ediciones de "Op Amps for Everyone") encontré que el editor original de "Op Amps for Everyone" (1-2 ediciones) fue Ron Mancini. Estas ediciones no contienen la advertencia sobre \$R_G > R_F\$ .

En la 3ª edición, el editor del libro pasó a ser Bruce Carter, y la etiqueta "Texas Instruments" del título desapareció. Colocó esa advertencia en muchos lugares del libro. Sin embargo, no eliminó el material antiguo, como la cita anterior acerca de que los circuitos inversores y no inversores tienen la misma ganancia de bucle (por lo tanto, la estabilidad), que contradice directamente la advertencia de Carter.

Hay otros debates en la web, por ejemplo este con el propio Ron Mancini, y este donde Michael Steffes (de Texas Instruments) escribió:

En realidad, este fue un error clásico de Bruce Carter que Mancini parece pasar por alto por alguna razón. En algún lugar Bruce tuvo la idea de que una configuración inversora tenía una ganancia de ruido de Rf/Rg en lugar de la correcta 1+Rf/Rg. Bruce Trump y yo perdimos cerca de una hora un día tratando de explicarle ese error sin suerte.

Answer 2

Como autor de uno de los capítulos del libro, "Técnicas de diseño de filtros activos", aconsejé a B. Carter que no publicara esta tontería, ya que es sencillamente errónea. También le aconsejé que no utilizara repetidamente el término "ganancia", sino que distinguiera entre ganancia en bucle abierto, ganancia en bucle cerrado y ganancia en bucle. Un concepto al que parece oponerse.

Que un circuito de amplificador óptico (amplificador inversor o no inversor) sea estable o no, depende exclusivamente de su ganancia de bucle, A x b, donde A es la ganancia de bucle abierto del amplificador óptico y b es el factor de realimentación RF/(RF+RG). Un buen tratado sobre la estabilidad de los amplificadores operacionales es el libro de Jerald Graeme "Optimizing op-amp performance" (Optimización del rendimiento de los amplificadores operacionales).

Answer 3

Cuando una hoja de datos dice "Unity Gain Stable" se está refiriendo al amplificador no inversor, buffer, configurado con ganancia unitaria, que es el menos estable de todas las configuraciones y es menos estable que un amplificador inversor configurado para una ganancia de bucle cerrado inferior a 1.

Es la ganancia del bucle, B.Aol la que determina la estabilidad. Cuanto menor sea la ganancia de bucle, más estable será el amplificador. B es igual a 1/(ganancia de ruido) que es igual a Rg/(Rf+Rg) y, por tanto, cuanto mayor sea la ganancia de ruido, más estable será el amplificador. Lo más bajo que puede ser la ganancia de ruido es la unidad, como en el caso del amplificador tampón (amplificador no inversor configurado para una ganancia de bucle cerrado unitaria), pero un amplificador inversor configurado con una ganancia de bucle cerrado inferior a uno tiene una ganancia de ruido superior a 1 (beta inferior a uno) y, por tanto, es una configuración más estable que un amplificador de "ganancia unitaria" (un tampón). La beta de un amplificador inversor, configurado para una ganancia de bucle cerrado de 1/10, es igual a 10/11. Esto es menos que 1 y, por tanto, es más estable que un amplificador de ganancia unitaria. Esto es menos de 1 y por lo tanto es más estable que un buffer no inversor porque BAol es menor.

Por lo tanto, si un amplificador se especifica como "estable de ganancia unitaria" (estable como un búfer no inversor) debería ser aún más estable (más alejado de la inestabilidad) cuando se configura como un amplificador inversor con una ganancia de bucle cerrado inferior a la unidad.