Чи вхідний опір операційного підсилювача (оп підсилювача) нескінченний або нульовий?

11

В ідеалі вхідний опір нескінченний.

Але, обчислюючи вхідний опір (Rin) різницького підсилювача, автор взяв концепцію про те, що два вхідних клеми коротке замикання, що також вірно, оскільки посилення відкритого циклу нескінченне. (Що в свою чергу вимагає, щоб різниця між напругами на вхідному клемі дорівнювала нулю. Отже, коротке замикання.)

МОЕ Питання: Чому ми вважаємо нульовий вхідний струм у кількох випадках (через нескінченний вхідний опір), а іноді розглядаємо скінченний струм, приймаючи концепцію короткого замикання? Чи є логіка чи це просто зручність?

Це відрізана схема з книги:

введіть тут опис зображення

operational-amplifier amplifier input-impedance

— електроніка
джерело

1

Ні, між ними немає справжнього короткого. Це просто робить його набагато простішим для розрахунків. Насправді зворотний зв'язок з виходу подає струм, щоб змусити інший штифт до того ж значення.

— winny

3

@winny це правильно, зауважте, що у вашій діаграмі вище досі немає струму, що надходить у термінали + або -, ці входи (в ідеалі) все ще мають нескінченний опір. Однак у цій конфігурації є струми, що протікають у вхідних резисторах, що подаються резистором зворотного зв'язку та напругою джерела. Тільки тому, що підсилювач має нескінченний вхідний опір, не означає, що кожна схема, яку ви будуєте з ним, матиме нескінченний опір на своїх вхідних клемах.

— Джон Д

Це "віртуальне коротке замикання" є досить оманливим, оскільки говорить про те, що деякий струм йде між V + і V- входами.

— TEMLIB

14

Насправді термінологія може бути заплутаною для новачка. Термін "віртуальне коротке замикання" позначає той факт, що в ланцюзі підсилювача з негативним зворотним зв'язком схема розташована таким чином, що (в ідеалі) напруга на двох входах підсилювача дорівнює нулю.

Оскільки однією з властивостей короткого замикання між двома точками є те, що напруга в цих точках дорівнює нулю, люди, які винайшли цю термінологію, вважали (я думаю) інтуїтивно зрозумілою справою називати те, що відбувається між вхідними терміналами opamp, "віртуальним короткий ». Вони назвали це "віртуальним", оскільки йому не вистачає іншої властивості справжнього (ідеального) короткого: збивати будь-яку кількість струму без проблем! На жаль, це не мала різниця! Вони могли б назвати річ менш заплутаним чином ("принцип балансування напруги"!?!), Але "віртуальний короткий принцип" звучить крутіше, напевно! Хто знає?!

Отже, коли ми говоримо, що між двома входами є віртуальний короткий , це просто простий і звичайний спосіб сказати, що схема прагне збалансувати напруги на входах, тобто вона намагається зробити їх і зберегти їх рівними.

Зауважимо, що існування "віртуального короткого" є властивістю ланцюга, а не від операційного підсилювача (хоча він і використовує ідеально нескінченне посилення операційного підсилювача), тоді як той факт, що жоден струм не надходить на входи, є властивістю оператора (в ідеалі).

EDIT (на запит коментаря)

Я постараюся бути зрозумілішим щодо того, що я говорив вище. Віртуальний короткий винятково зумовлений двома ключовими факторами разом: дуже високий приріст + негативний зворотний зв'язок.

Давайте трохи математики переконаємо себе. Назвемо і напруги на неінвертуючих та інвертуючих входах підсилювача відповідно і вихідна напруга. Справжнім підсилювачем в цьому відношенні є диференціальний підсилювач, тобто , де - коефіцієнт посилення з відкритим контуром підсилювача. $V^+$ $V^-$ $V_o$ $V_o = A(V^+-V^-)$ $A$

Звертаючи ці відносини ви отримаєте . Таким чином, для кінцевих та нескінченного ви отримуєте, що різниця між входами стає нульовою. $V^+-V^-=V_o/A$ $V_o$ $A$

Де відіграли роль негативні відгуки? Ніде, до цих пір !!! Проблема полягає в тому, що справжньому операційному підсилювачу потрібні негативні платежі, щоб уникнути насичення , і в такому випадку проста лінійна модель операційного підсилювача (тобто така формула посилення) більше не застосовуватиметься, за винятком дуже невеликого інтервалу вхідних напруг (якщо вважати класична неінвертована конфігурація, де - вхідна напруга, а частка виходу). $V^+$ $V^-$

Застосуйте негативні відгуки, і ви отримаєте нульову диференціальну напругу на входах за значущий діапазон вхідних напруг .

— Лоренцо Донаті - Codidact.org
джерело

додаючи: дія операційного підсилювача як дуже великого посилення, дуже високого входу-імпедансного диференціального підсилювача в поєднанні з циклом зворотного зв'язку вихідний-інвертуючий-кінцевий саме те, що приводить диференціальну вхідну напругу до нуля

— oldrinb

Той самий потенціал, отже, немає напруги: можливо еквіпотенціальні вузли ?

— Чарівний дим

@oldrinb насправді вхідний опір оператора не грає ролі для досягнення віртуального короткого. Основними факторами є дуже високий коефіцієнт посилення та негативний зворотний зв'язок.

— Лоренцо Донаті - Codidact.org

5

Справді, дуже гарне запитання.

Я думаю, що багато з цього можна відповісти, дивлячись на еквівалентну схему підсилювача.

Для ідеального підсилювача струм, що надходить у V + і V-, дорівнює нулю, тому це означає, що Рін повинен бути нескінченним.

Коли ідеальний підсилювач встановлюється в системі зворотного зв'язку (Vout певним чином підключений до V + або V-), напруга на V + буде дорівнює V-. Підручник імітує V +, що дорівнює V-, роблячи там віртуальний короткий. Вхідний опір підсилювача нескінченний все-таки!

У моєму класі схем ми не зробили віртуальний короткий між цими двома, тому що це може заплутати. Натомість ми просто сказали V + = V- і використовували це як рівняння для розв’язання інших невідомих.

— Аддісон
джерело

3

Ви не робите віртуальний короткий. Це просто корисна концепція для опису підсилювача в негативних ситуаціях зворотного зв'язку. "Короткий" створюється підсилювачем, який робить все можливе, щоб зробити V + = V-, при умові нормальних робочих умов. Якщо підсилювач працює як компенсатор, з V + і V- електрично ізольованими від Vo, то V + зазвичай не дорівнює V-.

— jbord39

Я не припускав, що зв'язок між V + і V- є фізичним. Я сказав, що підручник моделює це, роблячи віртуальний короткий, що є правильним. "Виробляючи віртуальний короткий", мається на увазі провести лінію від V + до V-, щоб представити V +, що дорівнює V-.

— Аддісон

3

"Оскільки через Рін не протікає струм, напруга при V + має дорівнювати V-" - Це неправда. Підключіть 1k b / w як V +, так і V- і поставте V + @ позитивне живлення та V- на землю. Вихід буде позитивною рейкою. V + не дорівнює V-. Причина V + зазвичай дорівнює V- полягає в тому, що підсилювач опції встановлюється в системі зворотного зв’язку, яка намагається мінімізувати різницю b / w V + і V-. Моя думка - сліпо застосовувати рівняння без розуміння їх мети буде вводити в оману.

— jbord39

Ви робите гарний момент. Мої міркування про те, що V + дорівнює V-, справедливі лише в системі зворотного зв'язку. Я виправив свою посаду.

— Аддісон

3

Коротше кажучи, є різниця між вхідним опором підсилювача і вхідним опором загальної схеми підсилювача . Навіть з точки зору diff amp, який ви показуєте, немає жодного струму, який насправді входить в підсилювач, який (в ідеалі) має нескінченний вхідний опір.

Зауважте, що вхідні підсилювачі різниці бачать різні вхідні опори, що є вбудованим недоліком конфігурації.

— Скотт Сейдман
джерело

3

Просто для очищення повітря. Якщо підсилювач НЕ використовується як компаратор, інакше кажучи, він має резистор негативного зворотного зв’язку, то він виведе різницю між вхідними (+) та (-) значеннями коефіцієнта підсилення для збереження (+) та ( -) входи при однаковій напрузі. В реальному світі вхідний опір підсилювача ніколи не може бути нескінченним або нульовим Ом, але знаходиться десь між ними .
Якщо ви використовуєте значення резисторів, занадто низькі або високі, то підсилювач може стати нестабільним, а напруга між (+) і (-) входами невідомо. Зазвичай ви побачите конструкції, де на вхід (+) посилається земля через резистор, а підсилювач має двополярні джерела живлення. У цьому випадку вхід (-) буде віртуальною землею, тому що (+) вхід є наземним потенціалом.
При однофазних джерелах живлення вхід (+) зміщений резисторами на 1/2 напруги живлення, тому вихід має рівну кількість позитивного і негативного розпаду. І так, зробіть для циклу зворотного зв'язку вхід (-) також буде на 1/2 напруги живлення. Будь-який сигнал подається на цю напругу зміщення і підсилюється відповідно до співвідношення резисторів посилення та зворотного зв'язку.
Вхідний опір контролюється величиною використовуваних резисторів, але їх мінімальні та максимальні значення залежать від використовуваного підсилювача . Операційний підсилювач CA3140T має вхідний опір 1,5 гіга Ом, тому використання резисторів в діапазоні мегаом для вводу / зворотного зв’язку нормально. Операційний підсилювач не завантажує резистори достатньо, щоб мати значення.
Тепер візьміть підсилювач LM324, який має вхідний опір приблизно в 1000 разів нижчий. Тепер ви дізнаєтесь, що резистори зворотного зв’язку понад 100 К починають не очікувати посилення, тому що підсилювач діє як власне навантаження, ставлячи сувору межу максимального значення резисторів, які можна використовувати.
Хороший компроміс - це підсилювачі JFET, такі як серії TL061 / TL071 / TL081, які дуже спокійні для використання аудіо та мають вхідний опір 100 мег Ом або близько того. Ви можете використовувати резистори до декількох мегаом без великих помилок посилення. Недоліком недоліків підсилювачів JFET є потреба в біполярному джерелі живлення від +/- 5 вольт до +/- 18 вольт, при цьому +/- 12 вольт є типовим для живлення.
Оптичні підсилювачі для використання в РФ мають низький вхідний опір (від 25 до 75 Ом) і вихідні імпеданси і живляться від 5 або 3,3 вольт, при цьому багато з них мають +/- 5 вольт. Низькі імпеданси настільки високі частоти, іноді до 1 ГГц, можуть легко заряджати і розряджати крихітні ємності входів і легко приводити в дію коаксіальні кабелі 75 Ом або 50 Ом (або кручена пара). Струми зміщення в підсилювачі високі, тому сигнали можуть швидко змінюватись позитивними та негативними, без перетягування.

Я міг би написати книгу про підсилювачі, але інші вже є, включаючи статті на цьому сайті. Кожне виробництво підсилювачів пропонує PDF-файли для різних категорій, які вони роблять, тож ви можете витратити роки, читаючи про них.

— Спаркі256
джерело