Retroazione negativa e condizione di cortocircuito virtuale

L'equazione ad anello aperto

Un operazionale a retroazione di tensione può essere approssimato in continua da $V_o=A(V_+-V_-)$ mentre l'uscita rimane nell'intervallo consentito. Un grande guadagno ad anello aperto significa che una piccola differenza di ingresso può comandare una grande uscita. Non significa che gli ingressi siano automaticamente uguali. Nei dispositivi reali esistono anche corrente di polarizzazione di ingresso e restrizioni di modo comune.

La retroazione negativa riporta una variazione di uscita all'ingresso invertente affinché riduca l'errore differenziale. Per un anello lineare stabile con guadagno e margine di uscita adeguati, V− diventa vicino a V+. È l'approssimazione del «cortocircuito virtuale». Nessun filo cortocircuita i due ingressi e la condizione fallisce quando l'uscita satura, gli ingressi superano il proprio intervallo di modo comune o l'anello è instabile.

Esempio con guadagno finito

In un inseguitore di tensione, collega l'uscita direttamente a V− e applica Vin a V+. Allora $V_o=A(V_{in}-V_o)$, quindi il guadagno è A/(1+A). Con A = 100000 e Vin = 1 V, l'uscita è 0.999990 V e l'ingresso differenziale circa 10 μV. Il risultato è vicino a 1 V perché l'anello può correggere l'errore, non perché l'equazione di ingresso ad anello aperto sia scomparsa.

Se l'intervallo di uscita consentito è ipotizzato 0.2–3.1 V su un'alimentazione da 3.3 V, richiedere un'uscita dell'inseguitore da 3.2 V viola l'ipotesi. La previsione di piccolo errore non è valida. Questi limiti sono valori didattici; un componente reale scelto richiede condizioni del datasheet, carico di uscita e temperatura.

Verifica il verso della retroazione

Immagina un piccolo aumento dell'uscita. Nell'inseguitore, V− aumenta, la differenza di ingresso diminuisce e l'uscita comandata si sposta verso il basso. È retroazione negativa. Collegare invece l'uscita a V+ può rafforzare l'aumento e portare a uno stato simile a un comparatore; la regola del cortocircuito virtuale non può correggere quella topologia.

Prima di calcolare un guadagno resistivo, disegna il percorso di retroazione e identifica limiti di ingresso e uscita. Consulta la discussione TI su guadagno e banda per distinzioni tra architetture degli amplificatori e requisiti di compensazione.