Feedback dividido

Se adicionarmos um divisor de tensão à fiação de realimentação negativa de modo que apenas uma fração da tensão de saída seja realimentada para a entrada inversora em vez da quantidade total, a tensão de saída será um múltiplo da tensão de entrada (tenha em mente que as conexões da fonte de alimentação para o amplificador operacional foram omitidas mais uma vez para simplificar):



Se R ₁ e R ₂ são ambos iguais e V _em for de 6 volts, o op-amp produzirá qualquer tensão necessária para cair 6 volts em R1 (para tornar a tensão de entrada inversora igual a 6 volts, também, mantendo a diferença de tensão entre as duas entradas igual a zero). Com o divisor de tensão 2:1 de R1 e R2, isso levará 12 volts na saída do amplificador operacional para ser realizado.

Outra maneira de analisar este circuito é começar calculando a magnitude e a direção da corrente através de R ₁ , conhecendo a tensão em ambos os lados (e, portanto, por subtração, a tensão em R ₁ ), e R ₁ resistência s. Desde o lado esquerdo de R ₁ está conectado ao aterramento (0 volts) e o lado direito está com um potencial de 6 volts (devido ao feedback negativo mantendo esse ponto igual a V _em ), podemos ver que temos 6 volts em R ₁ . Isso nos dá 6 mA de corrente até R ₁ da direita para esquerda. Como sabemos que ambas as entradas do amplificador operacional têm impedância extremamente alta, podemos assumir com segurança que elas não vão adicionar ou subtrair qualquer corrente através do divisor. Em outras palavras, podemos tratar R ₁ e R ₂ como estando em série um com o outro:a corrente fluindo através de R ₁ deve ser o mesmo com R ₂ . Conhecendo a corrente por meio de R ₂ e a resistência de R ₂ , podemos calcular a tensão em R ₂ (6 volts) e sua polaridade. Contando as tensões do solo (0 volts) ao lado direito de R ₂ , chegamos a 12 volts na saída.

Ao examinar a última ilustração, pode-se perguntar:"para onde vão esses 6 mA de corrente?" Como a tensão de saída é positiva, a corrente flui do lado positivo da fonte de alimentação DC, através do pino de saída do amplificador operacional, através de R ₂ , até R ₁ , à terra. Usando o modelo de detector / potenciômetro nulo do amplificador operacional, o caminho atual é semelhante a este:



A fonte de sinal de 6 volts não precisa fornecer nenhuma corrente para o circuito:ela meramente comanda o op-amp para equilibrar a tensão entre os pinos de entrada inversora (-) e não inversora (+) e, ao fazer isso, produz uma tensão de saída que é duas vezes a entrada devido ao efeito de divisão dos dois resistores de 1 kΩ.

Podemos alterar o ganho de tensão deste circuito, de forma geral, apenas ajustando os valores de R ₁ e R ₂ (alterando a proporção da tensão de saída que é realimentada para a entrada inversora). O ganho pode ser calculado pela seguinte fórmula:



Observe que o ganho de voltagem para este projeto de circuito amplificador nunca pode ser menor que 1. Se tivéssemos que diminuir R ₂ a um valor de zero ohms, nosso circuito seria essencialmente idêntico ao seguidor de tensão, com a saída diretamente conectada à entrada inversora. Como o seguidor de tensão tem um ganho de 1, isso define o limite de ganho inferior do amplificador não inversor. No entanto, o ganho pode ser aumentado muito além de 1, aumentando R ₂ em proporção a R ₁ .

Observe também que a polaridade da saída corresponde à da entrada, assim como com um seguidor de tensão. Uma tensão de entrada positiva resulta em uma tensão de saída positiva e vice-versa (em relação ao aterramento). Por esse motivo, este circuito é conhecido como um amplificador não-inversor .

Relevância do ganho diferencial de um amplificador operacional para as tensões e correntes no circuito

Assim como com o seguidor de tensão, vemos que o ganho diferencial do amplificador operacional é irrelevante, desde que seja muito alto. As tensões e correntes neste circuito dificilmente mudariam se o ganho de tensão do amplificador operacional fosse 250.000 em vez de 200.000. Isso contrasta fortemente com os designs de circuito amplificador de transistor único, onde o Beta do transistor individual influenciou muito os ganhos gerais do amplificador. Com feedback negativo, temos um sistema de autocorreção que amplifica a tensão de acordo com as relações definidas pelos resistores de feedback, não os ganhos internos do amplificador operacional.

Tensão e ganho de saída resultantes com a tensão de entrada na entrada inversora

Vamos ver o que acontece se retermos feedback negativo por meio de um divisor de tensão, mas aplicarmos a tensão de entrada em um local diferente:


Ao aterrar a entrada não inversora, o feedback negativo da saída procura manter a tensão da entrada inversora a 0 volts também. Por este motivo, a entrada inversora é referida neste circuito como um terra virtual , sendo mantido no potencial de terra (0 volts) pelo feedback, mas não conectado diretamente ao (eletricamente comum com) o aterramento. A tensão de entrada desta vez é aplicada à extremidade esquerda do divisor de tensão (R ​​ ₁ =R ₂ =1 kΩ novamente), então a tensão de saída deve oscilar para -6 volts a fim de equilibrar o meio no potencial de terra (0 volts). Usando as mesmas técnicas do amplificador não-inversor, podemos analisar a operação deste circuito determinando as magnitudes e direções das correntes, começando com R ₁ , e continuando a determinar a tensão de saída.

Podemos alterar o ganho de tensão geral deste circuito, de forma geral, apenas ajustando os valores de R ₁ e R ₂ (alterando a proporção da tensão de saída que é realimentada para a entrada inversora). O ganho pode ser calculado pela seguinte fórmula:



Observe que o ganho de tensão deste circuito pode ser menor que 1, dependendo unicamente da relação de R ₂ para R ₁ . Observe também que a tensão de saída é sempre a polaridade oposta da tensão de entrada. Uma tensão de entrada positiva resulta em uma tensão de saída negativa e vice-versa (em relação ao aterramento). Por este motivo, este circuito é referido como um amplificador inversor . Às vezes, a fórmula de ganho contém um sinal negativo (antes de R ₂ / R ₁ fração) para refletir essa inversão de polaridades.

Esses dois circuitos amplificadores que acabamos de investigar servem ao propósito de multiplicar ou dividir a magnitude do sinal de tensão de entrada. É exatamente assim que as operações matemáticas de multiplicação e divisão são normalmente tratadas em circuitos analógicos de computador.

REVER:

• Ao conectar a entrada inversora (-) de um amplificador operacional diretamente à saída, obtemos feedback negativo, o que nos dá um seguidor de tensão o circuito. Ao conectar esse feedback negativo através de um divisor de tensão resistivo (realimentando uma fração da tensão de saída para a entrada inversora), a tensão de saída torna-se um múltiplo da tensão de entrada.
• Um circuito amplificador operacional de feedback negativo com o sinal de entrada indo para a entrada não inversora (+) é chamado de amplificador não inversor . A tensão de saída terá a mesma polaridade da entrada. O ganho de tensão é dado pela seguinte equação:AV =(R ₂ / R ₁ ) + 1
• Um circuito amplificador operacional de feedback negativo com o sinal de entrada indo para a "parte inferior" do divisor de tensão resistiva, com a entrada não inversora (+) aterrada, é chamado de amplificador inversor . Sua tensão de saída será a polaridade oposta da entrada. O ganho de tensão é dado pela seguinte equação:A _V =-R ₂ / R ₁