A impedância de entrada de um amplificador operacional (amplificador operacional) é infinita ou zero?

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Idealmente, a impedância de entrada é infinita.

Mas, ao calcular a resistência de entrada (Rin) de um amplificador de diferença, o autor adotou o conceito de que os dois terminais de entrada estão em curto-circuito, o que também é verdadeiro, uma vez que o ganho de malha aberta é infinito. (O que, por sua vez, exige que a diferença entre as tensões do terminal de entrada seja zero. Portanto, curto-circuito.)

MINHA Pergunta: Por que consideramos a corrente de entrada zero em alguns casos (devido à impedância infinita de entrada) e, às vezes, consideramos a corrente finita adotando o conceito de curto-circuito? Existe uma lógica ou é apenas uma conveniência?

Este é o diagrama de circuito extraído do livro:

insira a descrição da imagem aqui

operational-amplifier amplifier input-impedance

— eletrônicos
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Não, não existe um curto real entre eles. Isso simplifica muito os cálculos. Na realidade, o feedback da saída fornece a corrente para forçar o outro pino ao mesmo valor.

— winny 17/07

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@winny está certo, observe que no diagrama acima ainda não há corrente fluindo para os terminais + ou -, essas entradas (idealmente) ainda têm impedância infinita. No entanto, nesta configuração, existem correntes fluindo nos resistores de entrada, fornecidas pelo resistor de realimentação e pela tensão da fonte. Só porque o amplificador possui impedância de entrada infinita não significa que todo circuito que você constrói com ele terá impedância infinita em seus terminais de entrada.

— John D

Esse "curto-circuito virtual" é bastante enganador, pois sugere que existe alguma corrente entre as entradas V + e V-.

— TEMLIB 17/07

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A terminologia pode ser confusa para um novato, na verdade. O termo "curto-circuito virtual" refere-se ao fato de que, em um circuito opamp com feedback negativo, o circuito é organizado de uma maneira que (idealmente) faz com que a tensão entre as duas entradas opamp seja zero.

Como uma das propriedades de um curto-circuito entre dois pontos é que a tensão entre esses pontos é zero, as pessoas que inventaram essa terminologia consideraram (eu acho) uma coisa intuitiva para chamar o que acontece entre os terminais de entrada do opamp de "virtual". curto". Eles o chamavam de "virtual" porque falta a outra propriedade de um real (ideal) curto: devorar qualquer quantidade de corrente sem problemas! Infelizmente, isso não é uma pequena diferença! Eles poderiam ter chamado a coisa de uma maneira menos confusa ("o princípio do balanceamento de tensão"!?!), Mas "o princípio do virtual curto" parece mais frio, provavelmente! Quem sabe?!

Então, quando dizemos que entre as duas entradas existe um curto virtual , é apenas uma maneira fácil e convencional de dizer que o circuito se esforça para equilibrar as tensões nas entradas, ou seja, tenta fazê-las e mantê-las iguais.

Observe que a existência do "curto virtual" é uma propriedade do circuito, não do opamp (embora ele explore o ganho idealmente infinito do opamp), enquanto o fato de que nenhuma corrente flui para as entradas é uma propriedade do opamp (idealmente).

EDIT (solicitado por um comentário)

Vou tentar ser mais claro sobre o que disse acima. O short virtual é exclusivamente devido a dois fatores principais combinados: ganho muito alto + feedback negativo.

Vamos fazer algumas contas para nos convencer. Vamos chamar e as tensões nas entradas não inversora e inversora do opamp, respectivamente, e a tensão de saída. Um opamp real, a esse respeito, é um amplificador diferencial, ou seja, , onde é o ganho em circuito aberto do opamp. $V^+$ $V^-$ $V_o$ $V_o = A(V^+-V^-)$ $A$

Invertendo essa relação que você começa . Assim, para finito e infinito , você obtém que a diferença entre as entradas se torna zero. $V^+-V^-=V_o/A$ $V_o$ $A$

Onde o feedback negativo teve um papel? Em nenhum lugar, até agora !!! O problema é que um opamp real precisa de um feebdback negativo para impedir que sua saída se sature ; nesse caso, o modelo linear simples do opamp (ou seja, essa fórmula de ganho) não seria mais aplicável, exceto fora de um intervalo muito pequeno de tensões de entrada (assumindo uma configuração clássica não inversora em que é a tensão de entrada e é uma fração da saída). $V^+$ $V^-$

Aplique feedback negativo e você obterá uma tensão diferencial zero nas entradas em uma faixa significativa de tensões de entrada .

— Lorenzo Donati - Codidact.org
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add on on: a ação de um amplificador operacional como um amplificador diferencial de ganho muito grande e impedância de entrada muito alta, juntamente com o loop de feedback de saída para o terminal inversor é exatamente o que leva a tensão de entrada diferencial a zero

— oldrinb

Mesmo potencial, portanto, sem tensão: nós equipotenciais, talvez?

— Magic Smoke

@oldrinb, na verdade, a impedância de entrada do opamp não desempenha um papel para alcançar o curto virtual. Os principais fatores são ganhos muito altos + feedback negativo.

— Lorenzo Donati - Codidact.org

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Muito boa pergunta, de fato.

Eu acho que muito disso pode ser respondido olhando para o circuito equivalente de um amplificador operacional.

Para um amplificador operacional ideal, a corrente que flui para V + e V- é zero, portanto isso significa que Rin deve ser infinito.

Quando um amplificador operacional ideal é configurado em um arranjo de realimentação (o Vout está conectado a V + ou V- de alguma forma), a tensão em V + será igual a V-. O livro simula V + sendo igual a V-, fazendo um curto virtual lá. A impedância de entrada do amplificador operacional ainda é infinita!

Na minha aula de circuitos, não fizemos um curto virtual entre os dois porque isso pode ser confuso. Em vez disso, dissemos V + = V- e usamos isso como uma equação para resolver outras incógnitas.

— Addison
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Você não "cria" um curta virtual. É apenas um conceito útil para descrever um amplificador operacional em uma situação de feedback negativo. O "curto" é criado pelo amplificador operacional, fazendo o possível para criar V + = V-, assumindo condições normais de operação. Se o amplificador operacional estiver atuando como um compator, com V + e V- isolados eletricamente de Vo, então V + normalmente não será igual a V-.

— jbord39

Não sugeri que a conexão entre V + e V- seja física. Eu disse que o livro simula isso criando um short virtual que é correto. "Tornando um virtual curto", significa desenhar uma linha de V + a V- para representar V + igual a V-.

— Addison

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"Como não há corrente fluindo através de Rin, a tensão em V + deve ser igual a V-" - Isso não é verdade. Conecte 1k b / w V + e V- e coloque V + @ alimentação positiva e V- no terra. A saída será o trilho positivo. V + não será igual a V-. A razão pela qual V + normalmente é igual a V- é porque o amplificador operacional está configurado em um arranjo de realimentação que tenta minimizar a diferença entre V + e V-. Meu argumento é aplicar cegamente as equações sem entender que seu propósito será enganoso.

— jbord39

Você fez um bom ponto. Meu raciocínio por trás de V + ser igual a V- só é válido em um arranjo de feedback. Eu corrigi minha postagem.

— Addison

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Em resumo, há uma diferença entre a impedância de entrada do amplificador operacional e a impedância de entrada do circuito geral do amplificador . Mesmo em termos de amplificador diferenciado, você mostra que não há corrente entrando no amplificador operacional, que (idealmente) possui impedância infinita de entrada.

Como um aparte, observe que as entradas de amplificador diferenciais veem impedâncias de entrada diferentes, o que é uma desvantagem interna da configuração.

— Scott Seidman
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Apenas para limpar o ar. Se um amplificador operacional NÃO estiver sendo usado como um comparador, em outras palavras, ele possui um resistor de feedback negativo, emitirá a diferença entre as entradas (+) e (-) vezes o ganho para manter as teclas (+) e ( -) entradas na mesma voltagem. No mundo real, a impedância de entrada de um amplificador operacional nunca pode ser infinita ou zero ohms, mas está em algum lugar no meio .
Se você usar valores de resistores muito baixos ou altos, o amplificador operacional pode ficar instável e a tensão entre as entradas (+) e (-) é desconhecida. Normalmente, você verá projetos nos quais a entrada (+) é referenciada ao terra através de um resistor e o amplificador operacional possui fontes de alimentação bipolares. Nesse caso, a entrada (-) será um aterramento virtual porque a entrada (+) está no potencial de aterramento.
Com fontes de alimentação de extremidade única, a entrada (+) é polarizada com resistores para 1/2 da tensão de alimentação, de modo que a saída tem uma quantidade igual de balanço positivo e negativo possível. E sim, no loop de realimentação a entrada (-) também estará em 1/2 da tensão de alimentação. Qualquer sinal é imposto a essa tensão de polarização e amplificado de acordo com a razão dos resistores de ganho e realimentação.
A impedância de entrada é controlada pelo valor dos resistores utilizados, mas seus valores mínimo e máximo dependem do amplificador operacional usado . Um op-amp CA3140T possui uma impedância de entrada de 1,5 Giga ohms, portanto, o uso de resistores na faixa de megohm para entrada / feedback é bom. O amplificador operacional não está carregando os resistores o suficiente para importar.
Agora pegue o LM324 op-amp, que tem uma impedância de entrada cerca de 1.000 vezes menor. Agora você descobrirá que os resistores de feedback acima de 100K começam a não ter o ganho esperado, porque o amplificador operacional está agindo como uma carga própria, colocando um limite severo no valor máximo dos resistores que podem ser usados.
Um bom compromisso são os amplificadores operacionais JFET, como as séries TL061 / TL071 / TL081, que são muito silenciosos para uso em áudio e têm uma impedância de entrada de 100 Meg ohms ou mais. Você pode usar resistores de até vários megaohms sem muito erro de ganho. Uma pequena desvantagem dos amplificadores operacionais JFET é a necessidade de uma fonte de alimentação bipolar de +/- 5 volts a +/- 18 volts, com +/- 12 volts sendo típico para energia.
Os amplificadores operacionais para RF usam baixas impedâncias de entrada (25 a 75 ohms) e impedâncias de saída e são alimentados por 5 ou 3,3 volts, com muitos tendo suprimentos de +/- 5 volts. As impedâncias baixas são freqüências tão altas, às vezes até 1 GHZ, podem carregar e descarregar a pequena capacitância das entradas e acionar cabos coaxiais de 75 ou 50 ohm (ou um par trançado) com facilidade. As correntes de polarização no amplificador operacional são altas, de modo que os sinais podem balançar positivo e negativo rapidamente, sem arrastar.

Eu poderia escrever um livro sobre amplificadores operacionais, mas outros já o têm, incluindo artigos neste site. Cada fabricação de amplificadores operacionais oferece PDFs para as diferentes categorias que eles fazem, para que você possa passar anos apenas lendo sobre eles.

— Sparky256
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