Nulo

Un nulificador es una red teórica de dos puertos que consta de un nulificador en su entrada y un norador en su salida. ^{[1] Los nulificadores representan un} amplificador ideal , que tiene ganancia de corriente, voltaje, transconductancia y transimpedancia infinitas . ^[2] Sus parámetros de transmisión son todos cero, es decir, su comportamiento de entrada-salida se resume con la ecuación matricial

${\displaystyle {\begin{pmatrix}v_{1}\\i_{1}\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}0&0\\0&0\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}v_{2}\\i_{2}\end{pmatrix}}}$

En los circuitos de retroalimentación negativa , el circuito que rodea al nulificador determina la salida del nulificador de tal manera que fuerza la entrada del nulificador a cero.

La inserción de un nulificador en un esquema de circuito impone restricciones matemáticas sobre cómo debe comportarse ese circuito, lo que obliga al propio circuito a adoptar las disposiciones necesarias para cumplir con las condiciones. Por ejemplo, un amplificador operacional ideal se puede modelar utilizando un nulificador ^[3] , y el análisis de libro de texto de un circuito de retroalimentación que utiliza un amplificador operacional ideal utiliza las condiciones matemáticas impuestas por el nulificador para analizar el circuito que rodea al amplificador operacional.

La figura 1 muestra un disipador de corriente controlado por voltaje. ^[4] El disipador está diseñado para extraer la misma corriente i _OUT independientemente del voltaje aplicado V _CC en la salida. El valor de la corriente extraída debe establecerse mediante el voltaje de entrada v _IN . Aquí, el disipador se debe analizar idealizando el amplificador operacional como un anulador.

Usando las propiedades de la porción de entrada del anulador, el voltaje de entrada a través de los terminales de entrada del amplificador operacional es cero. En consecuencia, el voltaje a través de la resistencia de referencia R _R es el voltaje aplicado v _IN , haciendo que la corriente en R _R sea simplemente v _IN / R _R . Nuevamente usando las propiedades del anulador, la corriente de entrada al anulador es cero. En consecuencia, la ley de corriente de Kirchhoff en el emisor proporciona una corriente de emisor de v _IN / R _R . Usando las propiedades de la porción de salida del anulador del anulador, el anulador proporciona cualquier corriente que se le demande, independientemente del voltaje en su salida. En este caso, proporciona la corriente de base del transistor i _B . Por lo tanto, la ley de corriente de Kirchhoff aplicada al transistor como un todo proporciona la corriente de salida extraída a través de la resistencia R _C como

${\displaystyle i_{\text{SALIDA}}={\frac {v_{\text{DENTRO}}}{R_{\text{R}}}}-i_{\text{B}}}$

donde la corriente de base del transistor bipolar i _B es normalmente despreciable siempre que el transistor permanezca en modo activo . Es decir, en base a la idealización de un anulador, la corriente de salida está controlada por el voltaje de entrada aplicado por el usuario v _IN y la elección del diseñador para la resistencia de referencia R _R .

El propósito del transistor en el circuito es reducir la porción de la corriente en R _R suministrada por el amplificador operacional. Sin el transistor, la corriente a través de R _C sería i _OUT = ( V _CC − v _IN )/ R _C , lo que interfiere con el objetivo de diseño de independencia de i _OUT de V _CC . Otra ventaja práctica del transistor es que el amplificador operacional debe entregar solo la pequeña corriente de base del transistor, lo que es poco probable que sobrecargue la capacidad de entrega de corriente del amplificador operacional. Por supuesto, solo los amplificadores operacionales reales están limitados por la corriente, no son anuladores.

La variación restante de la corriente con el voltaje V _CC se debe al efecto Early , que hace que el β del transistor cambie con su voltaje de colector a base V _CB de acuerdo con la relación β = β ₀ (1 + V _CB / V _A ), donde V _A es el llamado voltaje Early. El análisis basado en un nulificador conduce a la resistencia de salida de este sumidero de corriente como R _out = r _O (β + 1) + R _C , donde r _O es la resistencia de salida del transistor de pequeña señal dada por r _O = ( V _A + V _CB )/ i _out . Vea el espejo de corriente para el análisis.

El uso de la idealización del amplificador nulo permite diseñar el circuito que rodea al amplificador operacional. El problema práctico sigue siendo diseñar un amplificador operacional que se comporte como un amplificador nulo.