Un amplificatore invertente usa un bilancio di correnti

Corrente attraverso due resistori

Collega l'ingresso a V− tramite Rin, l'uscita a V− tramite Rf e V+ a una tensione di riferimento Vref. Presumi corrente di ingresso trascurabile e un anello stabile non saturato. Allora V− ≈ Vref, quindi KCL al nodo invertente dà $(V_{in}-V_{ref})/R_{in}+(V_o-V_{ref})/R_f=0$. Riordinando si ottiene $V_o=V_{ref}-(R_f/R_{in})(V_{in}-V_{ref})$.

Per un esempio a doppia alimentazione con Vref = 0, Rin = 10 kΩ, Rf = 40 kΩ e Vin = 0.2 V, l'uscita è −0.8 V. La corrente di ingresso è 20 μA. La resistenza di ingresso è circa Rin, quindi un sensore con alta resistenza di sorgente verrebbe caricato. Una massa virtuale non è un collegamento fisico a massa: la retroazione rende il nodo vicino alla massa mentre le correnti dei resistori entrano ed escono.

Un esempio ad alimentazione singola

Su un'alimentazione ipotizzata da 3.3 V, usa Vref = 1.65 V e lo stesso rapporto 4. Se Vin = 1.75 V, l'uscita è 1.25 V. Se Vin = 1.55 V, l'uscita è 2.05 V. L'amplificatore inverte le deviazioni attorno al riferimento, anziché produrre tensioni assolute di uscita negative che l'alimentazione non può sostenere.

Se un'escursione di ingresso di +0.5 V attorno a Vref richiede uscita −0.35 V, il circuito non può soddisfare l'equazione ideale con quell'alimentazione. Verifica escursione di uscita, intervallo di modo comune di ingresso e corrente richiesta dal carico prima di dichiarare il progetto completo.

La qualità del riferimento entra nel segnale

Riscrivere l'equazione dà $V_o=(1+R_f/R_{in})V_{ref}-(R_f/R_{in})V_{in}$. Con rapporto 4, una variazione di riferimento di 1 mV produce una variazione di uscita di 5 mV se Vin rimane fisso in tensione assoluta. Rumore e deriva del riferimento contano quindi. Se sensore e amplificatore condividono un riferimento che varia insieme, analizza la correlazione anziché trattare automaticamente entrambi i contributi del riferimento come indipendenti.

Registra separatamente guadagno del segnale −4 e guadagno di rumore 5. Quest'ultimo influenza le stime della banda per un operazionale compensato a retroazione di tensione. Un rapporto resistivo serve due calcoli correlati ma differenti.