El amplificador inversor y la tierra virtual
La tierra virtual vuelve la ganancia una razón de resistencias
En la figura la entrada + está conectada a tierra, y la entrada Vin llega a la entrada − a través de Rin. Al cambiar la razón de realimentación Rf/Rin, la salida pasa a ser −(Rf/Rin) veces la entrada, y la longitud de la flecha de salida muestra su tamaño. Ajusta la razón para que la salida, con el signo invertido, sea exactamente 4 veces mayor, es decir, para que la ganancia sea −4 y la flecha llegue a la marca objetivo.
Conecta la entrada no inversora a tierra
La entrada no inversora V+ se conecta directamente a la tierra de 0V. Un op-amp ideal con realimentación negativa iguala sus dos entradas (cortocircuito virtual), así que la entrada inversora V− también queda a 0V. Pero V− no está conectada a una tierra real: el op-amp solo la mantiene en 0V ajustando su salida, y por eso se llama tierra virtual. Su potencial es 0, pero no puede tragar corriente libremente como una tierra real.
La corriente solo tiene la realimentación adónde ir
La tensión de entrada Vin hace circular corriente por la resistencia de entrada Rin hacia la tierra virtual. Como V− está a 0V, toda la Vin cae en Rin, y la corriente de entrada es Vin/Rin. Esa corriente no puede entrar en el op-amp (su resistencia de entrada es infinita), así que solo puede pasar por la resistencia de realimentación Rf. Por Rf circula la misma corriente y uno de sus extremos está a 0V, de modo que la salida es 0 − (Vin/Rin)·Rf = −(Rf/Rin)·Vin.
La inversión de signo y la suma vienen de regalo
El signo negativo de la ganancia −Rf/Rin significa que la salida oscila al revés que la entrada: cuando la entrada sube, la salida baja. La verdadera fuerza de la tierra virtual aparece con varias entradas. Si cada entrada llega por su propia resistencia al mismo nudo de tierra virtual, las corrientes se suman en ese nudo y la salida es la suma ponderada −(R_f/R_1·V_1 + R_f/R_2·V_2 + …). Es el sumador analógico.
De vuelta a la primera pantalla
Al cambiar la razón de realimentación, la salida creció hasta −(Rf/Rin) veces la entrada y llegó exactamente a −4 en Rf/Rin = 4. La sola decisión de conectar la entrada no inversora a tierra mantuvo la inversora en una tierra virtual de 0V, y la corriente de entrada, sin otro camino, pasó por la realimentación y fijó la ganancia limpiamente con el cociente de resistencias. El signo invertido no era un precio que pagar, sino la semilla de la que la misma estructura crece hasta convertirse en sumador.