Як працює ця інвертована схема підсилювача з регульованою пропускною здатністю?

Або мій автор підручника негідник, або я не маю передумов зрозуміти навіть просту схему підсилювача. Я розумію, як працює базовий інвертуючий підсилювач, і я розумію, як посилення відпадає завдяки внутрішній схемі RC (мельниця C).

Те, що я не розумію нижче в ланцюзі, - це те, як значення резистора змінює пропускну здатність. Оскільки продукт пропускної здатності, як правило, є постійним, ця схема повинна бути дуже розумною, щоб маніпулювати пропускною здатністю, не торкаючись посилення. Я додаю повний знімок пояснення мого підручника. Він говорить, що пропускна здатність змінюється в залежності від і дає рівняння, але не пояснює, як і чому. Будь ласка, допоможіть мені зрозуміти, як це працює. $R$ $R$

operational-amplifier

— Агенти
джерело

Без конденсаторів це не має сенсу, і жодна схема, як правило, не будується таким чином. Це може бути, як ви кажете, але це аномально напружує межі того, що може зробити операційний підсилювач. Я підозрюю, що це пов'язано з тим, що R є регульованим LPF на основі R без конденсатора.

— Sparky256

Sparky256 - Я не згоден. Показана модифікація схеми є одним із способів компенсації вводу. Резистор R не впливає на коефіцієнт посилення в замкнутому циклі, але він знижує показник LOOP GAIN (і, отже, пропускну здатність посилення в замкнутому циклі). В результаті поліпшення стабільності поліпшується, і ви можете використовувати opamps, які НЕ єдність-коефіцієнт підсилення, що компенсуються значеннями коефіцієнта посилення, як низькі, як єдність.

— LvW

rsadhvika - просто задля точності: Ваш перший коментар до відповіді Ishank неправильний! У своїй відповіді, а також у вашому коментарі ви забули вплив сигналу зворотного зв'язку (який також зменшується за рахунок R).

— LvW

Прочитайте про поняття "посилення шуму" (Це фактично виграш, який би існував, якби ви загнали неінвертуючий штифт), оскільки саме цей коефіцієнт посилення в GBP, і повинно бути очевидним, що посилення шуму в схема коливається від ~ 21 (1 + 100k / ~ 5k) до ~ 1000 (1 + 100k / ~ 100).

— Ден Міллз

Відповіді:

Автор вірно стверджує, що пропускна здатність змінюється залежно від R, але посилення не відповідає.
Цей результат можна легко зрозуміти, якщо ми поєднаємо джерело напруги, яке знаходиться паралельно R з самим R, щоб отримати еквівалент Тевеніна на інвертуючому терміналі операційного підсилювача.
Еквівалент Тевеніна буде

R_{t h} = R_{1} | | R

$R_{th} = R_1 ||R$

І вираз для посилення

V_{t h} = \frac{V_{i n} (R_{1} | | R)}{R_{1}}

$V_{th} = \frac{V_{in}(R_1||R)}{R_1}$

який не залежить від R.

A_{v} = \frac{V_{o}}{V_{i}} = - \frac{R_{f}}{R_{1}}

$A_v = \frac{V_o}{V_i} = -\frac{R_f}{R_1}$

Як правильно вказав ОП, продукт посилення пропускної здатності підсилювача залишається постійним незалежно від ступеня зворотного зв’язку. Більше про це можна дізнатися тут і тут .
Хитрість полягає в тому, що вхід на підсилювач зворотного зв'язку (інвертуючий підсилювач) - Vth, а не Він.
Отже, збільшуючи R, коефіцієнт посилення падає (знаменник збільшується), оскільки виграш і, отже, оскільки GBW залишається постійним, пропускна здатність повинна збільшуватися.

\frac{V_{o}}{V_{t h}} = - \frac{R_{f}}{R_{1} | | R}

$\frac{V_o}{V_{th}} = -\frac{R_f}{R_1 ||R}$

— ijuneja
джерело

R

$R$

V_{t h}

$V_{th}$

V_{t h} < V_{i n}

$V_{th} \lt V_{in}$

\frac{V_{o}}{V_{t h}}

$\dfrac{V_o}{V_{\color{red}{th}}}$

\frac{V_{o}}{V_{i n}}

$\dfrac{V_o}{V_{\color{red}{in}}}$

Чи збільшується пропускна здатність Ішанка Джунджа? Помилка введення тексту? Навпаки, додавання резистора зменшує коефіцієнт посилення петлі, а разом із цим і пропускну здатність закритого циклу

— LvW

@rsadhvika абсолютно, оскільки Vth - це те, що бачить інвертуючий підсилювач std, а не Vi

— ijuneja

@ LvW для заданої конвертації підсилювача, що повертається, коефіцієнт посилення циклу пропорційний 1 / посилення, отже, і результат.

— ijuneja

Ішанк Джунджа - вибачте, це НЕ правда. Перевага модифікації ланцюга полягає в тому, що скасовувати прямий зв'язок між посиленням циклу та посиленням замкнутого циклу. Як я вже згадував - ви можете мати невеликий приріст циклу (через причини стійкості) і, в той же час, дуже невеликий коефіцієнт посилення замкнутого циклу (коефіцієнт виграшу). Скажіть, будь ласка, якщо я помиляюся, кажучи: Додавання резистора R зменшує пропускну здатність підсилення закритого контуру (за рахунок зменшення посилення в циклі).

— LvW

Інтуїтивний відповідь

Оскільки R ослаблює вхід і зворотний зв'язок до 0В, внутрішні транзистори повинні використовувати більше внутрішнього посилення для подачі напруги вихідного сигналу, щоб вхідний струм для Vin (-) скасовувався і залишався віртуальною землею. тобто Vin / Rin = Vout / Rf.

Таким чином, ослаблення від Vin до Vin (-) з Rin до R to gnd не впливає на зовнішнє посилення контуру постійного струму, однак опціоністські транзистори повинні використовувати більше внутрішнього підсилення, щоб відповідати виходу, але за рахунок BW за рахунок фіксованого GBW.

Зовнішній посилення циклу "DC" до ослабленого нового продукту GBW ... - це те, що я мав на увазі TY @LvW

— Тоні Стюарт Сунніскігуй EE75
джерело

Так, коли вони говорять про фіксований GBW, вони не посилаються на нижчий посил?

А_{v} = - \frac{R_{f}}{R_{1}}

$A_v = -\dfrac{R_f}{R_1}$

— Агенти

Тоні, я розумію, ти :) Opamp постачає негативну напругу для підтримки

V_{-} \approx 0 V

$V_- \approx 0V$ . Але

V_{i n}

$V_{in}$ намагається тягнути

V_{-}

$V_-$ аж до

V_{t h}

$V_{th}$ тільки. Оскільки вихід фіксується на

V_{i n} (- R_{f} / R_{1})

$V_{in}(-R_f/R_1)$ , opamp повинен збільшити свій приріст, щоб компенсувати зменшений внесок.

— Агенти

Тоні - ти кажеш, що "посилення зовнішньої петлі" не впливає? Я думаю, навпаки - головна мета цієї модифікації (додаткова R) - зменшити коефіцієнт посилення циклу, тим самим покращивши стабільні властивості системи із замкнутим циклом. Коефіцієнт зворотного зв'язку - а разом із цим і посилення циклу - зменшується до (R1 || R) / [(R1 || R) + Rf]

— LvW

Показана модифікація схеми з резистором R між вхідними клемами opamp є дуже популярним методом підвищення запасу стійкості закритого коефіцієнта посилення lopp (компенсація входу).

Для ідеальних opamps (дуже великий коефіцієнт посилення з відкритим контуром) резистор R не впливає на коефіцієнт посилення в замкнутому циклі, але він знижує показник LOOP GAIN (і, отже, пропускну здатність посилення в замкнутому циклі).

В результаті поліпшення стабільності покращується, і ми можемо використовувати навіть opamps, які НЕ компенсуються коефіцієнтом підсилення для додатків, що вимагають значення коефіцієнта посилення в замкнутому циклі, як одиниці.

Інтуїтивне пояснення (для непорушеного посилення із замкнутим циклом): якщо припустити, що Aol посилення відкритого циклу є нескінченним, посилення замкнутого циклу дорівнює Acl = -Hf / Hr з

Коефіцієнт випередження Hf = Vn / Vin для Vout = 0 (Vn: Напруга на терміналі "-" підсилювача) і

Коефіцієнт зворотного зв’язку (віддача) Hr = Vn / Vout для Vin = 0.

Неважко показати, що додатковий резистор R знижує обидва коефіцієнти однаково, так що значення "R" скасовується у співвідношенні Hf / Hr.

Розрахунок:

Коефіцієнт випередження : Hf = (Rf || R) / [(Rf || R) + R1]

Коефіцієнт зворотного зв’язку: Hr = (R1 || R) / [(R1 || R) + Rf]

Після оцінки (і деяких математичних маніпуляцій) відношення Acl = -Hf / Hr ми дістаємося до Acl = -Rf / R1 (R скасовується).

Однак коефіцієнт посилення циклу (що є важливим для властивостей стійкості) може бути зроблений настільки ж низьким, як потрібно, змінюючи R:

Коефіцієнт посилення циклу LG = -Hr * Aol (Aol: Коефіцієнт посилення з відкритим контуром підсилювача)

— LvW
джерело

Варто зазначити, що цей тип компенсації збільшує посилення шуму.

— Майк

Майк - так, це правильно. Цей ефект ще раз показує, що в цілому неможливо вдосконалити один параметр продуктивності без негативного впливу на інший параметр продуктивності. Отже, кожен хороший дизайн завжди є компромісом між суперечливими ефектами.

— LvW

Як щодо точності посилення?

— analogsystemsrf

Я думаю, що точність посилення - як завжди - визначається допуском пасивних частин - до тих пір, поки кінцевий коефіцієнт підсилення з відкритим контуром підсилювача може бути встановлений приблизно до нескінченності.

— LvW

@LvW Я відчуваю, що зараз це отримую. Ви використовуєте суперпозицію для визначення факторів прямого і зворотного зв’язку, а вирази для посиленого циклу та посилення циклу виглядають дуже акуратно! Дякую :)

— Агенти