El amplificador inversor y la tierra virtual
La tierra virtual vuelve la ganancia una razón de resistencias
Desliza la razón de resistencias de realimentación Rf/Rin. Gracias a la tierra virtual, la salida es −(Rf/Rin) veces la entrada. Ajusta la razón para que la salida sea exactamente cuatro veces la entrada invirtiendo el signo: una ganancia de −4.
Conecta la entrada no inversora a tierra
Conecta la entrada no inversora V+ directamente a la tierra de 0 V. Un operacional ideal con realimentación negativa iguala sus dos entradas (el corto virtual), así que la entrada inversora V− también queda a 0 V. Pero V− no está cableada a una tierra real: el operacional solo la mantiene a 0 V ajustando su salida. Por eso se llama tierra virtual: el potencial es cero, pero no traga corriente como lo haría una tierra real.
La corriente solo tiene la realimentación adónde ir
La tensión de entrada Vin impulsa corriente por la resistencia de entrada Rin hacia la tierra virtual. Como V− es 0 V, toda Vin aparece sobre Rin, así que la corriente de entrada es Vin/Rin. Esa corriente no puede entrar al operacional (resistencia de entrada infinita), así que tiene un solo camino: la resistencia de realimentación Rf. La misma corriente circula por Rf, y como un extremo está a 0 V, la salida es 0 − (Vin/Rin)·Rf = −(Rf/Rin)·Vin.
La inversión de signo y la suma vienen de regalo
El signo menos en la ganancia −Rf/Rin significa que la salida oscila al revés que la entrada: sube la entrada y la salida baja. La verdadera potencia de la tierra virtual aparece al manejar varias entradas. Lleva las entradas por sus propias resistencias al mismo nodo de tierra virtual, y las corrientes se suman en ese nodo, así que la salida es una suma ponderada, −(Rf/R₁·V₁ + Rf/R₂·V₂ + …). Esto es un sumador analógico.
De vuelta a la primera pantalla
Al deslizar la razón de realimentación, la salida creció a −(Rf/Rin) veces la entrada, y en Rf/Rin = 4 fue exactamente −4. La sola elección de poner a tierra la entrada no inversora fijó la inversora en una tierra virtual de 0 V, y la corriente de entrada, sin otro sitio adonde ir, fluyó por la realimentación para fijar la ganancia limpiamente con una razón de resistencias. El signo invertido no fue un costo sino la semilla de la que la misma estructura crece hacia un sumador.