Analogía de la Palanca: Aclarando la Realimentación Dividida en Amplificadores

Para desmitificar los circuitos amplificadores con realimentación dividida, podemos recurrir a un sistema mecánico familiar: una palanca. Los extremos móviles de la palanca representan las tensiones de entrada y salida, mientras que el fulcro —ya sea una tierra física o virtual— actúa como referencia de realimentación.

Considere el clásico amplificador op‑amp no inversor mostrado a continuación. Como se discutió, su ganancia de tensión nunca puede ser inferior a la unidad. Al emparejar un diagrama de palanca con el esquema —donde las longitudes de los brazos de la palanca corresponden a los valores de las resistencias— podemos visualizar cómo los cambios de tensión se traducen en desplazamiento mecánico.

Los físicos etiquetan este arreglo como una palanca de tercera clase, porque el esfuerzo (entrada) y la carga (salida) están en el mismo lado del fulcro. Las palancas de tercera clase exhiben un desplazamiento de salida al menos tan grande como el de entrada, coincidiendo con la ganancia ≥1 del amplificador no inversor.

Empujar el punto de entrada hacia arriba en la palanca es análogo a aplicar una tensión de entrada positiva. La geometría de la palanca amplifica el movimiento: el punto de salida se mueve el doble de lejos y en la misma dirección. En el circuito, la tensión de salida es el doble de la entrada, preservando la polaridad.

Debido a las características de amplificación de desplazamiento de la palanca, el punto de "salida" se moverá el doble que el de "entrada", y en la misma dirección. En el circuito electrónico, la tensión de salida será el doble de la entrada, con la misma polaridad. Aplicar una tensión de entrada negativa es análogo a mover la palanca hacia abajo desde su posición de "cero", resultando en un desplazamiento de salida amplificado que también es negativo:

Cambiar la relación de resistencias R₂/R₁ reposiciona el punto de entrada respecto al fulcro, ajustando así la ganancia mecánica. Por ejemplo, aumentar R₂ respecto a R₁ desplaza la palanca de modo que el desplazamiento de salida sea cuatro veces el de entrada.

Ahora, cualquier señal de entrada se amplificará por un factor de cuatro en lugar de dos:

Las configuraciones inversoras también pueden mapearse en la analogía de la palanca, pero con una clase mecánica diferente. Aquí el punto de tierra del divisor de realimentación es la entrada inversora del op‑amp, colocando la entrada en un lado del fulcro y la salida en el otro —una palanca de primera clase.

Cuando las dos resistencias son iguales —reflejando longitudes de palanca iguales a cada lado— el desplazamiento de salida iguala la magnitud de la entrada pero invierte la dirección. Así, una entrada positiva produce una salida negativa.

Ajustar R₂/R₁ de nuevo desplaza el fulcro de la palanca, modulando la ganancia. Si R₂ es el doble de R₁, la geometría de la palanca produce una ganancia de –2. Invirtiendo los valores de las resistencias, el fulcro se mueve a un tercio desde el extremo de salida, dando una ganancia de –½.