In primo luogo, un amplificatore operazionale classico amplifica la DIFFERENZA nelle tensioni ai terminali + e -.

Innanzitutto, un amplificatore operazionale ha un guadagno di voltaggio MOLTO alto.

Secondo, ogni circuito lineare che utilizza un amplificatore operazionale fornisce un percorso di feedback dall'uscita all'ingresso -.

Questo crea un ciclo di controllo, in cui l'intero punto del percorso di feedback è portare a zero la differenza tra i due ingressi. Durante il normale funzionamento, l'amplificatore operazionale nel circuito porta attivamente quella differenza a zero. Per l'analisi del circuito, quindi, è generalmente sufficiente presumere che la differenza sia zero.

Inizia con il classico stadio del buffer non invertente, in cui l'input viene inviato all'ingresso + e l'output è legato all'input -. L'unico valore di uscita che produrrà una differenza zero è Vout = V + (la tensione all'ingresso +).

Si consideri il classico buffer di inversione del guadagno unitario, in cui l'ingresso + è collegato a massa, il segnale viene applicato tramite un resistore all'ingresso - e un resistore uguale lega l'ingresso - all'uscita. L'amplificatore operazionale proverà a pilotare l'ingresso - a massa. Se il segnale di ingresso è fuori terra, la corrente deve fluire nel resistore di ingresso e cercare di fluire nell'ingresso -. Ciò indurrebbe una tensione di offset attraverso l'impedenza di ingresso dell'amplificatore operazionale, che viene amplificata dall'amplificatore operazionale e che dà origine a una tensione di uscita, che a sua volta dà origine alla corrente attraverso il resistore di retroazione. Se la corrente nel resistore di ingresso è uguale alla corrente nel resistore di retroazione, allora non è rimasta corrente per indurre una tensione di offset all'ingresso - e l'amplificatore è felice.

Gli operazionali tipici hanno guadagni DC nella regione da 10 ^ 5 a 10 ^ 6. Ciò significa che se l'uscita è all'interno dei binari, diciamo da 0 a 5 V o +/- 15 V, l'ingresso sarà effettivamente misurato in microvolt.

Come dici tu, è sufficientemente vicino a zero da essere considerato zero per molti scopi.

Uno degli scopi per cui input = 0v è un'approssimazione abbastanza buona è quando si risolve per il guadagno CC di un amplificatore retroazionato. Tipicamente, diversi resistori assorbono corrente dalle tensioni di ingresso e di uscita misurate in volt e sommano le loro correnti su uno dei terminali di ingresso dell'amplificatore. Se quel terminale ha una tensione di 0uV o 10uV, è irrilevante per la maggior parte degli scopi, poiché l'errore è di parti per milione.

In genere, gli errori di offset dell'ingresso dell'amplificatore saranno misurati in mV, quindi per sistemi accurati, dobbiamo preoccuparci degli offset di ingresso molto prima di doverci preoccupare se la tensione di ingresso è davvero zero o meno.

Per un amplificatore operazionale ideale , in cui il guadagno è infinito, la tensione di ingresso è zero, in teoria.

Tutti i calcoli non si basano su una tensione di ingresso differenziale pari a zero, ma solo su calcoli approssimativi.Di solito è un'approssimazione abbastanza buona in CC se l'amplificatore operazionale è di tipo di precisione (alto guadagno, bassa tensione di offset in ingresso e basse correnti di polarizzazione in ingresso e corrente di offset rispetto ai valori del resistore).Spesso è inferiore alla tensione di offset in ingresso (di solito, tuttavia, non con i tipi di "deriva zero").

Tuttavia, se si desidera tenere conto del guadagno dell'amplificatore operazionale ad anello aperto finito (e per la tensione di offset e CMRR) è necessario eseguire calcoli un po 'più complessi e, in ogni caso, tenere presente che illa tensione di ingresso differenziale è solo approssimativamente zero.

Poiché il guadagno ad anello aperto diminuisce con la frequenza (tipicamente a -20dB / decennio sopra qualcosa come 10 Hz), non è difficile avere un significativo errore di guadagno ad anello chiuso a frequenze più alte, specialmente se si ha una frequenza più alta e / oguadagno ad anello chiuso ideale più elevato.

Ovunque qui, nei libri di testo o in Internet, la matematica i calcoli si basano sul fatto che la tensione in inversione e i terminali non invertenti sono esattamente uguali tra loro, quindi concettualmente, dovremmo avere una tensione di uscita pari a zero, e questo non è il punto, perché questo circuito non amplificherà nulla.

Se stai parlando concettualmente (la tua parola), considera il concetto di un amplificatore operazionale ideale con guadagno infinito, che può quindi convertire 0 volt in un valore utile da utilizzare in questoesercizio piuttosto teorico.

Mi ci è voluto un po 'anche per capire meglio.

Il modo migliore che ho trovato per guardarlo è stato guardare un semplice amplificatore invertente:

Il modo standard per risolvere questo circuito è assumere che + e - siano uguali (in questo caso GND) e dare all'opamp un guadagno infinito.Scegli alcuni valori e elaborali a mano.

Quindi fai come suggerisci e usa un vero amplificatore operazionale.Vai su CircuitLab e simula lo stesso circuito utilizzando un amplificatore operazionale reale come un 741 o qualcosa di simile.

Nota quanto sono simili i due risultati.Una volta che lo vedrai di persona in questo modo, capirai perché l'approssimazione funziona.

Sì, c'è una piccola differenza tra i terminali + e -, ma è così piccola che puoi praticamente chiamarla abbreviazione per rendere i tuoi calcoli veloci.Lo vedi spesso in EE.Una scorciatoia computazionale che ti rende in grado di fare i conti velocemente spesso non descrive esattamente la fisica di ciò che sta succedendo.

La differenza zero tra gli ingressi dell'amplificatore operazionale è un'ipotesi utile per eseguire l'analisi di base di un circuito dell'amplificatore operazionale e per ottenere un'utile comprensione del funzionamento del circuito. In realtà c'è sempre una differenza di tensione tra gli ingressi. Se esistesse una situazione in cui gli ingressi sono esattamente alla stessa tensione, come hai notato, non ci sarebbe corrente dall'amplificatore differenziale dello stadio di ingresso, nessuna corrente alla base dello stadio del driver di uscita e quindi la tensione di uscita inizierebbe a cambiare ma non dovrebbe cambiare molto prima che il feedback causi una piccola differenza di tensione all'ingresso che viene amplificata dallo stadio di ingresso differenziale e dallo stadio di amplificazione di tensione che impedisce l'ulteriore variazione dell'uscita. L'uscita si è stabilizzata con una piccola differenza di tensione in ingresso. Se l'output aumenta, la differenza di input aumenta e il driver di output viene attivato con maggiore forza, se diminuisce la differenza di input diminuisce, il driver di output riduce l'azionamento e l'output aumenta. L'output si è stabilizzato. L'output si è fermato con un piccolo errore. Maggiore è il guadagno ad anello aperto dell'amplificatore operazionale, minore è questo errore e minore è la differenza tra gli ingressi. Gli amplificatori operazionali di precisione hanno un guadagno elevato.

La descrizione sopra è per DC. La situazione per AC è un po 'diversa. Per AC, quando l'ingresso al circuito si sposta su e giù, un ingresso dell'amplificatore operazionale oscilla sull'altro ingresso causando una differenza di tensione variabile sugli ingressi. L'ampiezza della differenza di tensione in ingresso dipende dalla frequenza. All'aumentare della frequenza, il guadagno ad anello aperto si riduce a causa della compensazione del polo dominante causata dal condensatore del mugnaio attorno allo stadio del driver di uscita. Poiché il guadagno ad anello aperto si riduce, deve esserci un "errore" maggiore all'uscita per creare una differenza di tensione maggiore agli ingressi. Per il funzionamento CC questo errore in uscita è in realtà un errore, ma per il funzionamento CA l'errore in uscita è un ritardo di fase. Quindi, all'aumentare della frequenza, il guadagno ad anello aperto si riduce e il ritardo della fase di uscita aumenta, aumentando a 45 gradi alla frequenza di -3dB. A questo punto la differenza tra gli input può essere abbastanza grande. Ricorda che l'uscita dell'amplificatore operazionale è in gran parte determinata dal guadagno ad anello chiuso determinato dalla rete di resistori attorno all'amplificatore operazionale. Ma la differenza di tensione all'ingresso è determinata dal guadagno ad anello aperto. L'ampiezza della tensione in uscita è uguale all'ampiezza del segnale della differenza di tensione in ingresso moltiplicata per il guadagno ad anello aperto.