Op-amp inverter seguido de buffer. ¿Por qué?

En un esquema que he estado tratando de entender me encontré con este subcircuito:

Es un inversor de amplificador operacional seguido directamente por un búfer. VIN proviene de un DAC en un microcontrolador y este circuito produce un VOUT que es VIN negativo. El amplificador operacional es suministrado por rieles positivos y negativos (no se muestran aquí). Hasta aquí todo bien.

Pero no veo completamente la razón de usar OA2 en este circuito. La única razón por la que puedo ver es esta: sin el búfer (OA2), una carga repentina en VOUT extraería una corriente de VIN hasta que la retroalimentación del amplificador operacional OA1 se ajuste (aproximadamente 1 µs). Con el buffer (OA2) este ya no es el caso. ¿Estoy entendiendo esto bien? ¿O me estoy perdiendo algo?

Tienes razón. En la mayoría de los casos, esto es una tontería, agrega voltaje de compensación y usa otra parte. Lo más probable es que se trate simplemente de la reacción instintiva de alguien, o de seguir ciegamente una regla de "siempre amortiguar la señal" sin pensarlo demasiado. No todos los esquemas son el resultado de un buen diseño.

Hay algunas ventajas sutiles para el segundo opamp de solo buffer:

1. La corriente de retroalimentación a través de R2 consume la capacidad de corriente de salida total de OA1. OA2 tiene toda su capacidad actual disponible para impulsar la salida.

   En este caso con R2 siendo 10 kΩ, este es un argumento débil ya que la corriente de retroalimentación es muy pequeña en relación con la capacidad de la mayoría de los opamps. A veces ocurre un circuito como este porque R2 era mucho más bajo antes, y el segundo opamp no se eliminó después de un cambio de diseño que aumentó R2.

2. OA2 protege la señal de entrada del abuso de la señal de salida. Vin ve la impedancia fija de R1 solo mientras OA1 esté actuando en operación de circuito cerrado. Si algo carga Vout para que OA1 no pueda conducirlo al voltaje deseado, entonces la entrada negativa de OA1 ya no está en 0 V, y el equivalente de Thevenin que Vin está manejando cambia.

   En este circuito, se puede abusar de la salida de OA2 sin afectar la salida de OA1, que a su vez no afectará a Vin, tal vez . La razón por la que digo "tal vez" es que algunos opamps tienen diodos consecutivos entre sus entradas. No busqué tu opamp, así que no sé si ese es el caso aquí. Si es así, el abuso de Vout volverá a la entrada positiva de OA2, que volverá a Vin.

   Este es nuevamente un argumento débil ya que cargar una salida opamp al punto donde no puede conducir al voltaje deseado generalmente está ejecutando el opamp fuera de las especificaciones.

No tiene mucho efecto en el rendimiento, excepto para hacerlo un poco más lento porque hay dos polos en la función de transferencia.

Lo más probable es que el diseñador solo necesitara un amplificador operacional en el dual y eligió hacer algo benigno con el amplificador restante para evitar problemas. Esta es una situación común con los amplificadores LM324 quad y LM358 dual.

No hay un equivalente económico común del LM358 que tenga un solo amplificador; cualquier otra parte tiende a ser más costosa y / o puede estar limitada de alguna manera (como tener un voltaje de suministro máximo más bajo), por lo que si un LM358 es lo suficientemente bueno, entonces también puede usarlo y desperdiciar el segundo amplificador.

El "buffer" está ahí para, como su nombre lo indica, "amortiguar" la salida.

Como OA1 es parte de una red de retroalimentación, parte de su salida ya se utiliza (se pierde a través de R2 y R1), lo que significa que OA1 tiene menos capacidad de manejo. Entonces, si conectara OA1 a alguna otra parte de un circuito, podrían ocurrir cosas no intencionadas. OA2 simplemente "sigue" o "amortigua" la salida de OA1, y tiene una carga de salida cero, por lo que tiene una capacidad de accionamiento completa. Este "almacenamiento en búfer" se ve y se usa comúnmente, y hace que la operación del circuito sea más robusta y confiable.

Además, los amortiguadores son importantes en términos de retraso. Tanto en el diseño de circuitos digitales como analógicos, las señales de alta velocidad pueden retrasarse significativamente por los elementos del circuito. A veces, se usan múltiples buffers, aparentemente sin ningún propósito, excepto para introducir un retraso. Esto generalmente se hace para que dos señales "se reúnan nuevamente" en el dominio del tiempo.

Cuando se enciende la corriente, se supone que hay poca diferencia como los otros carteles comentaron.

Sin embargo, cuando se apaga la alimentación, es menos probable que la segunda variante haga que la salida vuelva a la entrada y probablemente haga que la carga de entrada sea independiente de las conexiones de salida. Para algunas aplicaciones (¿audio?), Eso puede ser una propiedad deseable. Si este es realmente el caso aquí depende de los circuitos internos del opamp en cuestión. Como se da un tipo específico, esto puede haber sido parte del diseño.

En el esquema que ha dibujado, como han respondido otros, no hay tanto beneficio de este diseño.

Sin embargo, si hay dos modelos de amplificadores operacionales diferentes y los valores de resistencia son diferentes, entonces puede haber buenas razones para usar dicho diseño. Creé un circuito similar, que necesitaba amplificar una señal de frecuencia relativamente alta, y luego dirigir la salida a una carga de 50 ohmios. Estas dos funciones requieren amplificadores operacionales con diferentes características. Para el primer amplificador operacional, debe tener un mayor ancho de banda para permitirle amplificar una frecuencia alta sin ninguna pérdida de ganancia a frecuencias altas. Para el segundo amplificador operacional, tenía que tener una corriente de salida nominal más alta para poder manejar una carga de 50 ohmios con el voltaje de salida máximo, pero no necesitaba un ancho de banda tan alto ya que solo tenía una ganancia de 1.