¿La impedancia de entrada de un amplificador operacional (amplificador operacional) es infinita o cero?

Idealmente, la impedancia de entrada es infinita.

Pero, al calcular la resistencia de entrada (Rin) de un amplificador de diferencia, el autor tomó el concepto de que los dos terminales de entrada están en cortocircuito, lo que también es cierto, ya que la ganancia de bucle abierto es infinita. (Lo que a su vez exige que la diferencia entre los voltajes de los terminales de entrada sea cero. Por lo tanto, cortocircuito).

MI pregunta: ¿Por qué consideramos corriente de entrada cero en algunos casos (debido a la impedancia de entrada infinita) y, a veces, consideramos que la corriente finita toma el concepto de cortocircuito? ¿Existe una lógica o es solo una conveniencia?

Este es el diagrama de circuito recortado del libro:

La terminología puede ser confusa para un novato, en realidad. El término "cortocircuito virtual" se refiere al hecho de que en un circuito opamp con retroalimentación negativa, el circuito está dispuesto de manera que (idealmente) hace que el voltaje a través de las dos entradas opamp sea cero.

Dado que una de las propiedades de un cortocircuito entre dos puntos es que el voltaje a través de esos puntos es cero, las personas que inventaron esa terminología consideraron (supongo) algo intuitivo para llamar a lo que sucede entre los terminales de entrada del opamp un "virtual corto". Lo llamaron "virtual" porque carece de la otra propiedad de un corto real (ideal): ¡engullir cualquier cantidad de corriente sin problemas! ¡Ay, eso no es una pequeña diferencia! Podrían haber llamado a la cosa de una manera menos confusa ("¡el principio del equilibrio de voltaje"!?!), ¡Pero "el principio virtual corto" suena mejor, probablemente! ¡¿Quién sabe?!

Entonces, cuando decimos que entre las dos entradas hay un corto virtual , es solo una forma fácil y convencional de decir que el circuito se esfuerza por equilibrar los voltajes en las entradas, es decir, trata de hacerlos y mantenerlos iguales.

Tenga en cuenta que la existencia del "corto virtual" es una propiedad del circuito, no del opamp (aunque explota la ganancia idealmente infinita del opamp), mientras que el hecho de que no fluya corriente a las entradas es una propiedad del opamp (idealmente).

EDITAR (provocado por un comentario)

Trataré de ser más claro sobre lo que dije anteriormente. El corto virtual se debe exclusivamente a dos factores clave combinados: ganancia muy alta + retroalimentación negativa.

$V^+$$V^-$$V_o$$V_o = A(V^+-V^-)$$A$

$V^+-V^-=V_o/A$$V_o$$A$

$V^+$$V^-$

Aplique retroalimentación negativa y obtendrá un voltaje diferencial cero en las entradas en un rango significativo de voltajes de entrada .

Muy buena pregunta de hecho.

Creo que gran parte de esto puede responderse mirando el circuito equivalente de un amplificador operacional.

Para un amplificador operacional ideal, la corriente que fluye hacia V + y V- es cero, por lo que esto significa que Rin debe ser infinito.

Cuando se configura un amplificador operacional ideal en una disposición de retroalimentación (Vout está conectado a V + o V- de alguna manera), el voltaje en V + será igual a V-. El libro de texto simula que V + es igual a V- haciendo un corto virtual allí. ¡La impedancia de entrada del amplificador operacional aún es infinita!

En mi clase de circuitos, no hicimos un corto virtual entre los dos porque esto puede ser confuso. En cambio, acabamos de decir V + = V- y lo usamos como una ecuación para resolver otras incógnitas.

En resumen, hay una diferencia entre la impedancia de entrada del amplificador operacional y la impedancia de entrada del circuito amplificador general . Incluso en términos de amplificador diferencial que muestra, no hay corriente que ingrese realmente al amplificador operacional, que (idealmente) tiene una impedancia de entrada infinita.

Como comentario adicional, tenga en cuenta que las entradas de amplificador de diferencia ven diferentes impedancias de entrada, que es un inconveniente incorporado de la configuración.

1. Solo para despejar el aire. Si NO se utiliza un amplificador operacional como comparador, en otras palabras, tiene una resistencia de retroalimentación negativa, entonces generará la diferencia entre la entrada (+) y (-) multiplicada por la ganancia para mantener el (+) y ( -) entradas al mismo voltaje. En el mundo real, la impedancia de entrada de un amplificador operacional nunca puede ser infinita o cero ohmios, pero está en algún punto intermedio .

2. Si usa valores de resistencias demasiado bajos o altos, entonces el amplificador operacional puede volverse inestable y se desconoce el voltaje entre las entradas (+) y (-). Por lo general, verá diseños en los que la entrada (+) hace referencia a tierra a través de una resistencia y el amplificador operacional tiene fuentes de alimentación bipolares. En este caso, la entrada (-) será una tierra virtual porque la entrada (+) está en potencial de tierra.

3. Con fuentes de alimentación de un solo extremo, la entrada (+) está polarizada con resistencias a la mitad de la tensión de alimentación, por lo que la salida tiene la misma cantidad de oscilación positiva y negativa posible. Y sí, en el circuito de retroalimentación, la entrada (-) también estará a la mitad de la tensión de alimentación. Cualquier señal se impone a este voltaje de polarización y se amplifica de acuerdo con la relación de las resistencias de ganancia y retroalimentación.

4. La impedancia de entrada está controlada por el valor de las resistencias utilizadas, pero sus valores mínimos y máximos dependen del amplificador operacional utilizado . Un amplificador operacional CA3140T tiene una impedancia de entrada de 1.5 Giga ohmios, por lo que está bien usar resistencias en el rango de megaohmios para entrada / retroalimentación. El amplificador operacional no está cargando las resistencias lo suficiente como para importar.

5. Ahora tome el amplificador operacional LM324 que tiene una impedancia de entrada aproximadamente 1,000 veces menor. Ahora descubrirá que las resistencias de retroalimentación de más de 100K comienzan a no tener la ganancia esperada, porque el amplificador operacional está actuando como una carga propia, poniendo un límite severo al valor máximo de las resistencias que se pueden usar.

6. Un buen compromiso son los amplificadores operacionales JFET como la serie TL061 / TL071 / TL081, que son muy silenciosos para el uso de audio y tienen una impedancia de entrada de 100 Meg ohmios más o menos. Puede usar resistencias de hasta varios megaohmios sin mucho error de ganancia. Un inconveniente menor de los amplificadores operacionales JFET es la necesidad de una fuente de alimentación bipolar de +/- 5 voltios a +/- 18 voltios, con +/- 12 voltios que son típicos para la alimentación.

7. Los amplificadores operacionales para uso de RF tienen impedancias de entrada bajas (25 a 75 ohmios) e impedancias de salida y están alimentados por 5 o 3,3 voltios, y muchos tienen suministros de +/- 5 voltios. Las bajas impedancias son tan altas que, a veces hasta 1 GHZ, pueden cargar y descargar la pequeña capacitancia de las entradas y conducir cables coaxiales de 75 ohmios o 50 ohmios (o un par trenzado) con facilidad. Las corrientes de polarización en el amplificador operacional son altas, por lo que las señales pueden oscilar rápidamente en positivo y negativo, sin arrastre.

Podría escribir un libro sobre amplificadores operacionales, pero otros ya lo han hecho, incluidos artículos en este sitio. Cada fabricante de amplificadores operacionales ofrece archivos PDF para las diferentes categorías que hacen, por lo que podría pasar años simplemente leyendo sobre ellos.