L'impédance d'entrée d'un amplificateur opérationnel (ampli op) est-elle infinie ou nulle?

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Idéalement, l'impédance d'entrée est infinie.

Mais, en calculant la résistance d'entrée (Rin) d'un amplificateur différentiel, l'auteur a pris le concept que les deux bornes d'entrée sont court-circuitées, ce qui est également vrai, car le gain en boucle ouverte est infini. (Qui à son tour exige que la différence entre les tensions aux bornes d'entrée soit nulle. Par conséquent, court-circuit.)

MA Question: Pourquoi considérons-nous un courant d'entrée nul dans quelques cas (en raison de l'impédance d'entrée infinie), et considérons-nous parfois le courant fini en prenant le concept de court-circuit? Y a-t-il une logique ou est-ce juste une commodité?

Voici le schéma de circuit extrait du livre:

entrez la description de l'image ici

operational-amplifier amplifier input-impedance

— électronique
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Non, il n'y a pas vraiment de court-circuit entre eux. Cela le rend beaucoup plus simple pour les calculs. En réalité, le retour de la sortie fournit le courant pour forcer l'autre broche à la même valeur.

— winny

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@winny a raison, notez que dans votre diagramme ci-dessus, il n'y a toujours pas de courant circulant dans les bornes + ou -, ces entrées (idéalement) ont toujours une impédance infinie. Cependant, dans cette configuration, des courants circulent dans les résistances d'entrée, fournis par la résistance de rétroaction et la tension de source. Ce n'est pas parce que l'amplificateur a une impédance d'entrée infinie que chaque circuit que vous construisez avec lui aura une impédance infinie sur ses bornes d'entrée.

— John D

Ce "court-circuit virtuel" est assez trompeur, car il suggère qu'un certain courant passe entre les entrées V + et V-.

— TEMLIB

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La terminologie peut être déroutante pour un débutant, en fait. Le terme "court-circuit virtuel" se réfère au fait que dans un circuit opamp à rétroaction négative, le circuit est agencé de manière à rendre (idéalement) la tension aux bornes des deux entrées opamp nulle.

Étant donné que l' une des propriétés d'un court-circuit entre deux points est que la tension aux bornes de ces points est nulle, les personnes qui ont inventé cette terminologie ont considéré (je suppose) une chose intuitive pour appeler ce qui se passe entre les bornes d'entrée de l'ampli op un "virtuel". court". Ils l'ont appelé "virtuel" car il lui manque l'autre propriété d'un vrai court métrage (idéal): engloutir n'importe quelle quantité de courant sans problème! Hélas, ce n'est pas une petite différence! Ils auraient pu appeler la chose d'une manière moins déroutante ("le principe de l'équilibrage de tension"!?!), Mais "le principe du court virtuel" semble plus cool, probablement! Qui sait?!

Donc, quand on dit qu'entre les deux entrées il y a un court - circuit virtuel , c'est juste une manière simple et conventionnelle de dire que le circuit s'efforce d'équilibrer les tensions aux entrées, c'est-à-dire qu'il essaie de les faire et de les maintenir égales.

Notez que l'existence du "court-circuit virtuel" est une propriété du circuit, pas de l'opamp (bien qu'il exploite le gain idéalement infini de l'opamp), alors que le fait qu'aucun courant ne circule dans les entrées est une propriété de l'opamp (idéalement).

EDIT (invité par un commentaire)

J'essaierai d'être plus clair sur ce que j'ai dit ci-dessus. Le short virtuel est exclusivement dû à deux facteurs clés combinés ensemble: gain très élevé + rétroaction négative.

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

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

$V^+$ $V^-$

Appliquez une rétroaction négative et vous obtiendrez une tension différentielle nulle aux entrées sur une plage significative de tensions d'entrée .

— Lorenzo Donati - Codidact.org
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ajoutant: l'action d'un amplificateur opérationnel en tant qu'amplificateur différentiel à très grand gain et à très haute impédance d'entrée couplé à la boucle de rétroaction de sortie à borne inverseuse est précisément ce qui pousse la tension d'entrée différentielle à zéro

— oldrinb

Même potentiel, donc pas de tension: des nœuds équipotentiels peut-être?

— Magic Smoke

@oldrinb en fait l'impédance d'entrée de l'ampli-op ne joue pas un rôle pour réaliser le court-circuit virtuel. Les facteurs clés sont un gain très élevé + une rétroaction négative.

— Lorenzo Donati - Codidact.org

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Très bonne question en effet.

Je pense que cela peut être répondu en regardant le circuit équivalent d'un ampli op.

Pour un ampli op idéal, le courant circulant dans V + et V- est nul, donc cela signifie que Rin doit être infini.

Lorsqu'un ampli op idéal est configuré dans un arrangement de rétroaction (Vout est connecté à V + ou V- d'une manière ou d'une autre), la tension à V + sera égale à V-. Le manuel simule que V + est égal à V- en y créant un court-circuit virtuel. L'impédance d'entrée de l'ampli op est toujours infinie!

Dans ma classe de circuits, nous n'avons pas fait de short virtuel entre les deux car cela peut être déroutant. Au lieu de cela, nous venons de dire V + = V- et nous l'avons utilisé comme équation pour résoudre d'autres inconnues.

— Addison
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Vous ne "créez" pas un court métrage virtuel. C'est juste un concept utile pour décrire un ampli-op dans une situation de rétroaction négative. Le "court" est créé par l'ampli op faisant tout ce qu'il peut pour faire V + = V-, en supposant des conditions de fonctionnement normales. Si l'ampli op agit comme un compateur, avec V + et V- isolés électriquement de Vo, alors V + ne sera normalement pas égal à V-.

— jbord39

Je n'ai pas suggéré que la connexion entre V + et V- est physique. J'ai dit que le manuel simule cela en créant un court métrage virtuel qui est correct. Par "faire un court-circuit virtuel", cela veut dire dessiner une ligne de V + à V- pour représenter V + égal à V-.

— Addison

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"Puisqu'il n'y a pas de courant traversant Rin, la tension à V + doit être égale à V-" - Ce n'est pas vrai. Connectez un 1k n / b V + et V- et mettez V + @ alimentation positive et V- à la masse. La sortie sera le rail positif. V + ne sera pas égal à V-. La raison pour laquelle V + est normalement égal à V- est que l'ampli-op est configuré dans un arrangement de rétroaction qui tente de minimiser la différence n / b V + et V-. Mon point est d'appliquer aveuglément les équations sans comprendre que leur but va être trompeur.

— jbord39

Vous faites valoir un bon argument. Mon raisonnement derrière V + étant égal à V- n'est valable que dans un arrangement de rétroaction. J'ai corrigé mon message.

— Addison

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En bref, il y a une différence entre l'impédance d'entrée de l'ampli op et l'impédance d'entrée du circuit amplificateur global . Même en termes d'ampli diff que vous montrez, il n'y a pas de courant entrant réellement dans l'ampli op, qui (idéalement) a une impédance d'entrée infinie.

En passant, notez que les différences d'amplification des entrées voient différentes impédances d'entrée, ce qui est un inconvénient intégré de la configuration.

— Scott Seidman
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Juste pour purifier l'air. Si un ampli-op N'EST PAS utilisé comme comparateur, en d'autres termes, il a une résistance de rétroaction négative, alors il produira la différence entre les entrées (+) et (-) multipliée par le gain pour conserver les (+) et ( -) entrées à la même tension. Dans le monde réel, l'impédance d'entrée d'un ampli-op ne peut jamais être infinie ou nulle ohm, mais se situe quelque part entre les deux .
Si vous utilisez des résistances trop basses ou trop élevées, l'ampli-op peut devenir instable et la tension entre les entrées (+) et (-) est inconnue. En règle générale, vous verrez des conceptions où l'entrée (+) est référencée à la masse via une résistance et l'ampli-op a des alimentations bipolaires. Dans ce cas, l'entrée (-) sera une masse virtuelle car l'entrée (+) est au potentiel de masse.
Avec les alimentations électriques asymétriques, l'entrée (+) est polarisée avec des résistances à la moitié de la tension d'alimentation, de sorte que la sortie a une quantité égale d'oscillations positive et négative possible. Et oui, faites pour la boucle de rétroaction l'entrée (-) sera également à la moitié de la tension d'alimentation. Tout signal est imposé à cette tension de polarisation et amplifié en fonction du rapport des résistances de gain et de rétroaction.
L'impédance d'entrée est contrôlée par la valeur des résistances utilisées, mais leurs valeurs minimale et maximale dépendent de l'ampli-op utilisé . Un ampli-op CA3140T a une impédance d'entrée de 1,5 Giga ohms, donc utiliser des résistances dans la gamme des mégohms pour l'entrée / le retour est OK. L'amplificateur opérationnel ne charge pas suffisamment les résistances pour avoir de l'importance.
Prenez maintenant l'ampli opérationnel LM324 qui a une impédance d'entrée environ 1 000 fois inférieure. Vous allez maintenant découvrir que les résistances de rétroaction supérieures à 100K commencent à ne pas avoir le gain attendu, car l'ampli-op agit comme une charge propre, imposant une limite sévère à la valeur maximale des résistances pouvant être utilisées.
Un bon compromis est les amplis opérationnels JFET comme les séries TL061 / TL071 / TL081 qui sont très silencieux pour une utilisation audio et ont une impédance d'entrée de 100 mégohms environ. Vous pouvez utiliser des résistances jusqu'à plusieurs mégohms sans trop d'erreur de gain. Un inconvénient mineur des amplificateurs opérationnels JFET est la nécessité d'une alimentation bipolaire de +/- 5 volts à +/- 18 volts, avec +/- 12 volts étant typique pour la puissance.
Les amplificateurs opérationnels pour utilisation RF ont de faibles impédances d'entrée (25 à 75 ohms) et des impédances de sortie et sont alimentés par 5 ou 3,3 volts, beaucoup ayant une alimentation de +/- 5 volts. Les basses impédances sont si hautes fréquences, parfois jusqu'à 1 GHZ, peuvent charger et décharger la minuscule capacité des entrées et entraîner facilement des câbles coaxiaux 75 ohms ou 50 ohms (ou une paire torsadée). Les courants de polarisation dans l'ampli-op sont élevés, de sorte que les signaux peuvent osciller rapidement positifs et négatifs, sans traînée.

Je pourrais écrire un livre sur les amplis opérationnels mais d'autres l'ont déjà fait, y compris des articles sur ce site. Chaque fabricant d'amplificateurs opérationnels propose des PDF pour les différentes catégories qu'ils fabriquent, vous pouvez donc passer des années à les lire.

— Sparky256
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