1. Op-amperes ideals
ACTUAL - 1. Amplificadors operatius ideals
Amplificadors operacionals ANTERIORS-Ideal. Introducció
Op-amperes ideals
Aquesta secció utilitza una sistemes enfocament per presentar els fonaments d’amplificadors operacionals ideals. Com a tal, considerem l’op-amplificador com un bloc amb terminals d’entrada i sortida. Actualment no estem preocupats pels dispositius electrònics individuals de l’opper-amp.
Un amplificador operatiu és un amplificador que sovint funciona tant en tensions de subministrament positives com negatives. Això permet que la tensió de sortida es desplaci tant per sobre com per sota del sòl. L’op-amp troba una àmplia aplicació en molts sistemes electrònics lineals.
El nom amplificador operacional es deriva d’un dels usos originals dels circuits d’amplificadors; per realitzar matemàtiques operacions en ordinadors analògics. Aquesta aplicació tradicional es discuteix més endavant en aquest capítol. Els primers op-amper van utilitzar una sola entrada inversora. Un canvi de tensió positiu a l’entrada va provocar un canvi negatiu en la sortida.
Per tant, per entendre el funcionament de l'amplificador op-op, és necessari familiaritzar-se primer amb el concepte de fonts controlades (dependents), ja que constitueixen la base del model op-amp.
Fonts dependents de 1.1
Les fonts dependents (o controlades) produeixen una tensió o corrent el valor del qual està determinat per una tensió o corrent existent en un altre lloc del circuit. En canvi, els dispositius passius produeixen una tensió o corrent el valor del qual està determinat per una tensió o corrent existent a la mateixa ubicació del circuit. Tant les fonts independents com dependents de tensió i corrent són elements actius. És a dir, són capaços de lliurar energia a un dispositiu extern. Els elements passius no són capaços de generar energia, tot i que poden emmagatzemar energia per al lliurament posterior, com passa amb els condensadors i els inductors.
La figura següent il·lustra una configuració de circuit equivalent d’un dispositiu amplificador que s’utilitza sovint en l’anàlisi de circuits. El més a la dreta
la resistència és la càrrega. Trobem la tensió i el guany actual d'aquest sistema. Guany de voltatge, Av es defineix com la relació entre la tensió de sortida i la tensió d’entrada. De manera similar, el guany actual, Ai és la relació entre el corrent de sortida i el corrent d’entrada.
Figura 1- Circuit equivalent d'un dispositiu d'amplificació d'estat sòlid
El corrent d'entrada és:
El corrent de la segona resistència, i1, es troba directament a partir de la llei d'Ohm:
(2)
La tensió de sortida es dóna llavors per:
(3)
En equació (3), ‖ indica una combinació paral·lela de resistències. El corrent de sortida es troba directament a partir de la llei d'Ohm.
(4)
Els guanys de tensió i corrent es troben formant les relacions:
(5)
(6)
1.2 Circuit d’amplificador d’amplificadors operacionals
Figura 2- Amplificador operatiu i circuit equivalent
Figure 2 (A) presenta el símbol de l’amplificador operatiu i la figura 2 (b) mostra el seu circuit equivalent. Els terminals d’entrada són v+ i v-. El terminal de sortida és vfora. Les connexions de la font d’alimentació es troben a l’adreça +V, -V i terminals de terra. Les connexions de la font d’alimentació són sovint omès dels dibuixos esquemàtics. El valor de la tensió de sortida està delimitat per +V i -V ja que són les tensions més positives i negatives del circuit.
El model conté una font de tensió dependent, la tensió depèn de la diferència de tensió d’entrada entre v+ i v-. Els dos terminals d’entrada són coneguts com a no invertit i invertint entrades respectivament. Idealment, la sortida de l’amplificador no depèn de les magnituds de les dues tensions d’entrada, sinó només de la diferència entre elles. Definim el tensió d’entrada diferencial, vd, com a diferència,
(7)
La tensió de sortida és proporcional a la tensió d’entrada diferencial, i designem la relació com a guany de bucle obert, G. Així, la tensió de sortida és
(8)
Com a exemple, una entrada de 
(E sol ser una petita amplitud) aplicada a l’entrada no inversora amb el terminal invertit a terra, produeix 
a la sortida. Quan s'aplica el mateix senyal d'origen a l'entrada invertida amb el terminal que no inverteix a terra, la sortida és 
.
La impedància d’entrada de l’amplificador op és mostrada com a resistència a la figura 2 (b).
La impedància de sortida es representa a la figura com a resistència, Ro.
Un amplificador operacional ideal es caracteritza de la manera següent:
Aquests són generalment bones aproximacions als paràmetres d’amplificadors reals. Els paràmetres típics d’op-amps reals són:
Utilitzar op-amplificadors ideals per aproximar els amplificadors reals és, doncs, una valuosa simplificació per a l'anàlisi de circuits.
Explorem la implicació del guany de llaç obert que és infinit. Si reescrivim l’equació (8) 
com segueix:
(9)
i ho deixem G enfocament infinit, ho veiem
(10)
L’equació (10) resulta observant que la tensió de sortida no pot ser infinita. El valor de la tensió de sortida està delimitat pels valors positius i negatius de la font d’alimentació. L'equació (10) indica que els voltatges dels dos terminals són els mateixos:
(11)
Per tant, la igualtat d’equacions (11) ens porta a dir que hi ha un curtcircuit virtual entre els terminals d’entrada.
Atès que la resistència d’entrada de l’opper-amp ideal és infinita, el corrent a cada entrada, terminal inversor i terminal no inversor és zero.
Quan s'utilitzen op-amps reals en un mode d'amplificació lineal, el guany és molt gran i Equation (11) és una bona aproximació. No obstant això, diverses aplicacions per a op-amps reals usen el dispositiu en un mode no lineal. L’aproximació de l’equació (11) no és vàlida per a aquests circuits.
Tot i que els op-amplis pràctics tenen un augment de tensió, aquest guany varia amb la freqüència. Per aquest motiu, un op-amp no s’utilitza normalment en la forma que es mostra a la figura 2 (a). Aquesta configuració es coneix com a bucle obert perquè no hi ha cap comentari de la sortida a l'entrada. Veiem més endavant que, mentre la configuració de bucle obert és útil per a aplicacions de comparació, la configuració més comuna per a aplicacions lineals és el circuit de bucle tancat amb retroalimentació.
Els elements externs s'utilitzen per "retroalimentar" una part del senyal de sortida a l'entrada. Si els elements de retroalimentació es col·loquen entre la sortida i l’entrada inversora, es redueix el guany del bucle tancat, ja que una part de la sortida resta de l’entrada. Veurem més endavant que la retroalimentació no només disminueix el guany global, sinó que també fa que aquest guany sigui menys sensible al valor de G. Amb la retroalimentació, el guany en bucle tancat depèn més dels elements del circuit de retroalimentació i menys de les opcions bàsiques. guany de tensió d'amplificador, G. De fet, el guany de bucle tancat és essencialment independent del valor de G-només depèn dels valors dels elements del circuit extern.
La figura (3) il·lustra un circuit op-amp de retroalimentació negativa en una sola fase.
Figura 3- l’amplificador inversor
Per tant, analitzarem aquest circuit a la següent secció. De moment, tingueu en compte que una única resistència, RF, s’utilitza per connectar la tensió de sortida, vfora a l'entrada invertida, v-.
Una altra resistència, Ra està connectat des de l’inversió d’entrada, v-, a la tensió d’entrada, va. Una tercera resistència, R es col·loca entre l’entrada i el sòl no invertibles.
Els circuits que utilitzen op-amplificadors, resistències i condensadors es poden configurar per realitzar moltes operacions útils, com ara sumar, restar, integrar, diferenciar, filtrar, comparar i ampliar.
1.3 Mètode d’anàlisi
Analitzem circuits utilitzant les dues propietats ideals d'amplitud ideals:
- La tensió entre v+ i v- és zero, o v+ = v-.
- El corrent en els dos v+ i v- terminal és zero.
Aquestes observacions simples condueixen a un procediment per analitzar qualsevol circuit op-amp ideal com segueix:
- Escriviu l’equació del node de la llei actual de Kirchhoff al terminal no inversor, v+.
- Escriviu l’equació del node de la llei actual de Kirchhoff al terminal inversor, v-.
- Establir v+ = v- i resoldre els guanys de llaç tancat desitjats.
Quan apliqueu les lleis de Kirchhoff, recordeu que el corrent en els dos v+ i v- terminal és zero.