¿Qué es la impedancia de entrada y salida de un opamp?

Nunca he entendido las impedancias de entrada y salida de un amplificador operacional. Si alguien puede explicar qué significan estos dos términos en un amplificador operacional, lo agradecería mucho. ¡Gracias!

http://www.eecs.tufts.edu/~dsculley/tutorial/opamps/opamps5.html

La respuesta corta: la impedancia de entrada es "alta" (idealmente infinita). La impedancia de salida es "baja" (idealmente cero). Pero, ¿qué significa esto y por qué es útil?

La impedancia es la relación entre voltaje y corriente. Es una combinación de resistencia (independiente de frecuencia, resistencias) y reactancia (dependiente de frecuencia, inductores y condensadores). Para simplificar la discusión, supongamos que todas nuestras impedancias son puramente resistivas, por lo que impedancia = resistencia.

Ya sabes que la resistencia relaciona voltaje y corriente según la ley de Ohm:

o tal vez

Es decir, un ohmio significa que por cada voltio, obtienes un amperio. Sabemos que si tenemos una resistencia de y tenemos una corriente de 1 A , entonces el voltaje debe ser de 100 $100\Omega$$1A$$100V$ .

El concepto de impedancia de "entrada" y "salida" es casi lo mismo, excepto que solo nos preocupa el cambio relativo de voltaje y corriente. Es decir:

Si estamos hablando de la impedancia de entrada de un amplificador operacional, estamos hablando de cuánta más corriente fluirá cuando aumente el voltaje (o cuánta menos corriente fluirá, cuando disminuya el voltaje). Así decir la entrada de un amplificador operacional fue , y se mide la corriente requerida de la fuente de señal para desarrollar este voltaje a ser 1 μ A . A continuación, se cambia la fuente de tal manera que 3 V apareció en el amplificador operacional, y la corriente era ahora 2 μ A . Luego puede calcular la impedancia de entrada del amplificador operacional como:$1V$$1\mu A$$3V$$2\mu A$

Típicamente, es deseable una impedancia de entrada muy alta de amplificadores operacionales porque eso significa que se requiere muy poca corriente de la fuente para generar un voltaje. Es decir, un amplificador operacional no se ve muy diferente de un circuito abierto, donde no se necesita corriente para generar un voltaje, porque la impedancia de un circuito abierto es infinita.

Impedancia de salida es lo mismo, pero ahora estamos hablando de cuánto cambia el voltaje aparente de la fuente, ya que se requiere para suministrar más corriente. Probablemente haya observado que una batería bajo carga tiene un voltaje más bajo que la misma batería sin carga. Esta es la impedancia de la fuente en acción.

$0A$$50mA$$4.99V$

Notarás que cambié el signo del resultado. Tendrá sentido por qué, más tarde. Esta baja impedancia de la fuente significa que el amplificador operacional puede suministrar (o hundir) mucha corriente sin que el voltaje cambie mucho.

Hay algunas observaciones que hacer aquí. La impedancia de entrada del amplificador operacional se parece a la impedancia de carga a lo que sea que esté probando la señal al amplificador operacional. La impedancia de salida del amplificador operacional se parece a la impedancia de la fuente a lo que sea que esté recibiendo la señal del amplificador operacional.

Se dice que una fuente que maneja una carga con una impedancia de carga relativamente baja está muy cargada , y una señal de voltaje requerirá una corriente alta. En la medida en que la impedancia de la fuente sea baja, la fuente podrá suministrar esa corriente sin la caída de voltaje.

Si desea minimizar la caída de voltaje, entonces la impedancia de la fuente debe ser mucho menor que la impedancia de carga. Esto se llama puente de impedancia . Es algo común, porque comúnmente representamos las señales como voltajes, y queremos transferir estos voltajes sin cambios de una etapa a la siguiente. Una alta impedancia de carga también significa que no habrá mucha corriente, lo que también significa menos potencia.

El amplificador operacional ideal tiene una impedancia de entrada infinita y una impedancia de salida cero porque es fácil reducir la impedancia de entrada (poner una resistencia en paralelo) o la impedancia de la fuente más alta (poner una resistencia en serie). No es tan fácil ir para otro lado; necesitas algo que pueda amplificarte. Un amplificador operacional como seguidor de voltaje es una forma de transformar una alta impedancia de fuente en una baja impedancia de fuente.

Por último, el teorema de Thévenin dice que podemos transformar casi cualquier red eléctrica lineal en una fuente de voltaje y una resistencia:

$R_{th}$

^{1: esto no es realmente posible, ya que debes conectar ambos cables de tu voltímetro al circuito, ¡y así completarlo! Pero, su voltímetro tiene una impedancia muy alta, por lo que está lo suficientemente cerca de un circuito abierto que podemos considerarlo así.}

Primero, es importante distinguir entre la impedancia de entrada y salida del amplificador operacional propiamente dicha y la impedancia de entrada y salida de un circuito de amplificador operacional .

Un amplificador operacional ideal tiene una impedancia de entrada infinita. Esto significa que no puede haber corriente dentro o fuera de los terminales de entrada inversora y no inversora

Un amplificador operacional ideal tiene una impedancia de salida cero. Esto significa que el voltaje de salida es independiente de la corriente de salida.

Los amplificadores operacionales físicos reales solo se aproximan a este ideal y tienen una impedancia de entrada muy grande y una impedancia de salida muy baja.

Cuando el amplificador operacional es parte de un circuito como un amplificador, filtro, etc., la impedancia de entrada del circuito, en general, será diferente de la impedancia de entrada del amplificador operacional propiamente dicho.

En el circuito en el enlace, la entrada está conectada directamente a la entrada no inversora, por lo que la impedancia de entrada es (efectivamente) infinita.

Además, la salida está conectada directamente a la salida del amplificador operacional, por lo que la impedancia de salida es (aproximadamente) cero.