Inversor de amplificador operacional seguido de buffer. Por quê?

Em um esquema que tenho tentado entender, deparei-me com este sub-circuito:

É um inversor de amplificador operacional, seguido diretamente por um buffer. O VIN vem de um DAC em um microcontrolador e esse circuito produz um VOUT que é um VIN negativo. O amplificador operacional é fornecido por trilhos positivos e negativos (não mostrados aqui). Por enquanto, tudo bem.

Mas não vejo completamente a lógica de usar o OA2 neste circuito. A única razão que vejo é a seguinte: sem o buffer (OA2), uma carga repentina no VOUT consumiria uma corrente do VIN até que o feedback do amplificador operacional OA1 se ajustasse (cerca de 1 µs). Com o buffer (OA2), esse não é mais o caso. Estou entendendo direito? Ou eu estou esquecendo de alguma coisa?

Você está certo. Na maioria dos casos, isso é bobagem, adiciona tensão de compensação e usa outra parte. Muito provavelmente, essa é apenas a reação brusca de alguém ou seguir cegamente uma regra de "sempre amortecer o sinal" sem pensar muito nisso. Nem todos os esquemas são o resultado de um bom design.

Existem algumas vantagens sutis no segundo opamp somente de buffer:

1. A corrente de realimentação através de R2 consome a capacidade total de corrente de saída do OA1. OA2 tem toda a sua capacidade atual disponível para impulsionar a saída.

   Nesse caso, com R2 sendo 10 kΩ, esse é um argumento fraco, já que a corrente de realimentação é muito pequena em relação à capacidade da maioria dos opamps. Às vezes, um circuito como esse acontece porque o R2 era muito menor antes e o segundo opamp não foi removido após uma alteração no projeto que elevou o R2.

2. OA2 protege o sinal de entrada do abuso do sinal de saída. Vin vê a impedância fixa de R1 apenas enquanto OA1 estiver atuando em operação de circuito fechado. Se algo carrega Vout para que o OA1 não possa direcioná-lo para a tensão desejada, a entrada negativa do OA1 não está mais em 0 V e o equivalente de Thevenin que Vin está dirigindo muda.

   Nesse circuito, a saída do OA2 pode ser abusada sem afetar a saída do OA1, que por sua vez não afetará Vin, talvez . A razão pela qual digo "talvez" é que alguns opamps têm diodos consecutivos entre suas entradas. Eu não procurei seu opamp, então não sei se é esse o caso aqui. Nesse caso, o abuso de Vout retornará à entrada positiva do OA2, que retornará a Vin.

   Este é novamente um argumento fraco, já que carregar uma saída de opamp no ponto em que ela não pode dirigir até a tensão desejada geralmente está deixando o opamp fora da especificação.

Ele não tem muito efeito no desempenho, exceto para torná-lo um pouco mais lento, porque há dois pólos na função de transferência.

Provavelmente, o designer só precisava do amplificador operacional no dual e optou por fazer algo benigno com o amplificador restante para mantê-lo longe de problemas. Essa é uma situação comum com os amplificadores duplos LM324 e LM358.

Não existe um equivalente barato comum do LM358 que possua um único amplificador - quaisquer outras partes tendem a ser mais caras e / ou podem ser limitadas de alguma forma (por exemplo, com tensão de alimentação máxima mais baixa); portanto, se um LM358 for bom o suficiente, você pode usá-lo e desperdiçar o segundo amplificador.

O "buffer" existe apenas para, como o nome indica, "buffer" da saída.

Como o OA1 faz parte de uma rede de feedback, parte de sua saída já é usada (perdida por R2 e R1). O que significa que o OA1 tem menos capacidade de unidade. Portanto, se você conectasse o OA1 a alguma outra parte de um circuito, coisas indesejadas poderiam acontecer. O OA2 simplesmente "segue" ou "armazena em buffer" a saída do OA1, e possui carga de saída zero, portanto possui capacidade total do inversor. Esse "buffer" é comumente visto e usado, e torna a operação do circuito mais robusta e confiável.

Além disso, os buffers são importantes em termos de atraso. No projeto de circuitos digitais e analógicos, os sinais de alta velocidade podem ser significativamente atrasados ​​pelos elementos do circuito. Às vezes, vários buffers são usados ​​- aparentemente sem propósito - exceto para introduzir um atraso. Isso geralmente é feito para que dois sinais "se encontrem novamente" no domínio do tempo.

Quando a energia está ligada, deve haver pouca diferença, como os outros pôsteres comentaram.

Quando a energia é desligada, porém, é menos provável que a segunda variante faça com que a saída vaze de volta para a entrada e provavelmente torne a carga de entrada independente das conexões de saída. Para alguns aplicativos (áudio?), Isso pode ser uma propriedade desejável. Se este é realmente o caso aqui, depende do circuito interno do opamp em questão. Como um tipo específico é fornecido, isso pode realmente ter sido parte do design.

No esquema que você desenhou, como outros responderam, não há muitos benefícios com esse layout.

Se, no entanto, houver dois amplificadores operacionais modelo diferentes e os valores do resistor forem diferentes, pode haver boas razões para usar esse layout. Criei um circuito semelhante, que precisava amplificar um sinal de frequência relativamente alta e depois direcionar a saída para uma carga de 50 ohm. Essas duas funções requerem amplificadores operacionais com características diferentes. Para o primeiro amplificador operacional, ele precisa ter uma largura de banda maior para permitir amplificar uma alta frequência sem perda de ganho em altas frequências. Para o segundo op-amp, ele precisava ter uma corrente de saída nominal mais alta para poder conduzir uma carga de 50 ohm na tensão máxima de saída, mas não precisava de uma largura de banda tão alta, pois só tinha um ganho de 1.