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Si agregamos un divisor de voltaje al cableado de retroalimentación negativa de modo que solo una fracción del voltaje de salida se retroalimente a la entrada inversora en lugar de la cantidad total, el voltaje de salida será un múltiplo del voltaje de entrada (tenga en cuenta que las conexiones de la fuente de alimentación al amplificador operacional se han omitido una vez más por simplicidad):

Si R ₁ y R ₂ son iguales y V _en es de 6 voltios, el amplificador operacional dará salida a cualquier voltaje que sea necesario para bajar 6 voltios a través de R1 (para hacer que el voltaje de entrada inversora sea igual a 6 voltios, también, manteniendo la diferencia de voltaje entre las dos entradas igual a cero). Con el divisor de voltaje 2:1 de R1 y R2, esto requerirá 12 voltios en la salida del amplificador operacional para lograrlo.

Otra forma de analizar este circuito es comenzar calculando la magnitud y la dirección de la corriente a través de R ₁ , conociendo el voltaje en cada lado (y por lo tanto, por sustracción, el voltaje en R ₁ ) y R ₁ s resistencia. Desde el lado izquierdo de R ₁ está conectado a tierra (0 voltios) y el lado derecho tiene un potencial de 6 voltios (debido a la retroalimentación negativa que mantiene ese punto igual a V _in ), podemos ver que tenemos 6 voltios en R ₁ . Esto nos da 6 mA de corriente a través de R ₁ de derecha a izquierda. Debido a que sabemos que ambas entradas del amplificador operacional tienen una impedancia extremadamente alta, podemos asumir con seguridad que no sumarán ni restarán ninguna corriente a través del divisor. En otras palabras, podemos tratar R ₁ y R ₂ como en serie entre sí:la corriente que fluye a través de R ₁ debe ser igual con R ₂ . Conociendo la corriente a través de R ₂ y la resistencia de R ₂ , podemos calcular el voltaje en R ₂ (6 voltios) y su polaridad. Contando voltajes desde tierra (0 voltios) hasta el lado derecho de R ₂ , llegamos a 12 voltios en la salida.

Al examinar la última ilustración, uno podría preguntarse, "¿a dónde van esos 6 mA de corriente?" Dado que el voltaje de salida es positivo, la corriente fluye desde el lado positivo de la fuente de alimentación de CC, a través del pin de salida del amplificador operacional, a través de R ₂ , a través de R ₁ , al suelo. Usando el modelo de detector / potenciómetro nulo del amplificador operacional, la ruta actual se ve así:

La fuente de señal de 6 voltios no tiene que suministrar ninguna corriente para el circuito:simplemente ordena al amplificador operacional que equilibre el voltaje entre los pines de entrada inversora (-) y no inversora (+), y al hacerlo produce un voltaje de salida que es dos veces la entrada debido al efecto de división de las dos resistencias de 1 kΩ.

Podemos cambiar la ganancia de voltaje de este circuito, en general, simplemente ajustando los valores de R ₁ y R ₂ (cambiando la relación de voltaje de salida que se retroalimenta a la entrada inversora). La ganancia se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

Tenga en cuenta que la ganancia de voltaje para este diseño de circuito amplificador nunca puede ser menor que 1. Si tuviéramos que reducir R ₂ a un valor de cero ohmios, nuestro circuito sería esencialmente idéntico al seguidor de voltaje, con la salida conectada directamente a la entrada inversora. Dado que el seguidor de voltaje tiene una ganancia de 1, esto establece el límite de ganancia inferior del amplificador no inversor. Sin embargo, la ganancia se puede aumentar mucho más allá de 1, aumentando R ₂ en proporción a R ₁ .

También tenga en cuenta que la polaridad de la salida coincide con la de la entrada, al igual que con un seguidor de voltaje. Un voltaje de entrada positivo da como resultado un voltaje de salida positivo y viceversa (con respecto a tierra). Por esta razón, este circuito se denomina amplificador no inversor . .

Relevancia de la ganancia diferencial de un amplificador operacional para los voltajes y corrientes en el circuito

Al igual que con el seguidor de voltaje, vemos que la ganancia diferencial del amplificador operacional es irrelevante, siempre que sea muy alta. Los voltajes y corrientes en este circuito difícilmente cambiarían si la ganancia de voltaje del amplificador operacional fuera 250,000 en lugar de 200,000. Esto representa un marcado contraste con los diseños de circuitos amplificadores de un solo transistor, donde la Beta del transistor individual influyó en gran medida en las ganancias generales del amplificador. Con retroalimentación negativa, tenemos un sistema de autocorrección que amplifica el voltaje de acuerdo con las relaciones establecidas por las resistencias de retroalimentación, no las ganancias internas del amplificador operacional.

Voltaje de salida resultante y ganancia con voltaje de entrada en la entrada inversora

Veamos qué sucede si retenemos la retroalimentación negativa a través de un divisor de voltaje, pero aplicamos el voltaje de entrada en una ubicación diferente:

Al conectar a tierra la entrada no inversora, la retroalimentación negativa de la salida busca mantener el voltaje de la entrada inversora también a 0 voltios. Por esta razón, la entrada inversora se denomina en este circuito una tierra virtual , siendo mantenido a potencial de tierra (0 voltios) por la retroalimentación, pero no conectado directamente a tierra (eléctricamente común con). El voltaje de entrada esta vez se aplica al extremo izquierdo del divisor de voltaje (R ₁ =R ₂ =1 kΩ nuevamente), por lo que el voltaje de salida debe oscilar a -6 voltios para equilibrar el medio en el potencial de tierra (0 voltios). Usando las mismas técnicas que con el amplificador no inversor, podemos analizar el funcionamiento de este circuito determinando las magnitudes y direcciones de la corriente, comenzando con R ₁ y continuando con la determinación del voltaje de salida.

Podemos cambiar la ganancia de voltaje general de este circuito, en general, simplemente ajustando los valores de R ₁ y R ₂ (cambiando la relación de voltaje de salida que se retroalimenta a la entrada inversora). La ganancia se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

Tenga en cuenta que la ganancia de voltaje de este circuito puede ser menor que 1, dependiendo únicamente de la relación de R ₂ a R ₁ . También tenga en cuenta que la tensión de salida es siempre la polaridad opuesta a la tensión de entrada. Un voltaje de entrada positivo da como resultado un voltaje de salida negativo y viceversa (con respecto a tierra). Por esta razón, este circuito se denomina amplificador inversor . A veces, la fórmula de ganancia contiene un signo negativo (antes del R ₂ / R ₁ fracción) para reflejar esta inversión de polaridades.

Estos dos circuitos amplificadores que acabamos de investigar tienen el propósito de multiplicar o dividir la magnitud de la señal de voltaje de entrada. Así es exactamente como se manejan típicamente las operaciones matemáticas de multiplicación y división en los circuitos de una computadora analógica.

REVISAR:

• Al conectar la entrada inversora (-) de un amplificador operacional directamente a la salida, obtenemos retroalimentación negativa, lo que nos da un seguidor de voltaje circuito. Al conectar esa retroalimentación negativa a través de un divisor de voltaje resistivo (retroalimentando una fracción del voltaje de salida a la entrada inversora), el voltaje de salida se convierte en un múltiplo del voltaje de entrada.
• Un circuito de amplificador operacional de retroalimentación negativa con la señal de entrada que va a la entrada no inversora (+) se llama amplificador no inversor . La tensión de salida será la misma polaridad que la de entrada. La ganancia de voltaje viene dada por la siguiente ecuación:AV =(R ₂ / R ₁ ) + 1
• Un circuito de amplificador operacional de retroalimentación negativa con la señal de entrada yendo a la "parte inferior" del divisor de voltaje resistivo, con la entrada no inversora (+) conectada a tierra, se llama amplificador inversor . Su voltaje de salida será la polaridad opuesta a la de entrada. La ganancia de voltaje viene dada por la siguiente ecuación:A _V =-R ₂ / R ₁