İşlemsel bir yükselticinin (op amp) giriş empedansı sonsuz mu yoksa sıfır mı?

11

İdeal olarak, giriş empedansı sonsuzdur.

Ancak, bir fark amplifikatörünün giriş direncini (Rin) hesaplarken, yazar iki giriş terminalinin kısa devre yaptığı kavramını kabul etti, bu da açık döngü kazancı sonsuz olduğu için doğrudur. (Bu da giriş terminali gerilimleri arasındaki farkın sıfır olmasını gerektirir. Dolayısıyla kısa devre.)

MY Question: Neden birkaç durumda sıfır giriş akımını düşünüyoruz (sonsuz giriş empedansı nedeniyle) ve bazen kısa devre konseptini alarak sonlu akımı düşünüyoruz? Bir mantık var mı, yoksa sadece kolaylık mı?

Bu kitaptan kesik devre şemasıdır:

resim açıklamasını buraya girin

operational-amplifier amplifier input-impedance

— elektronik
kaynak

1

Hayır, aralarında gerçek bir kısa yok. Sadece hesaplamalar için çok daha basit hale getirir. Gerçekte, çıkıştan gelen geri besleme, diğer pimi aynı değere zorlamak için akım sağlar.

— winny

3

@winny haklı, yukarıdaki şemada oradaki + veya - terminallerine hala akım akmadığını, bu girişlerin (ideal olarak) hala sonsuz empedansı olduğunu unutmayın. Bununla birlikte, bu konfigürasyonda, geri besleme direnci ve kaynak voltajı tarafından sağlanan giriş dirençlerinde akan akımlar vardır. Amplifikatörün sonsuz giriş empedansı olması, onunla inşa ettiğiniz her devrenin giriş terminallerinde sonsuz empedansa sahip olacağı anlamına gelmez.

— John D

Bu "sanal kısa devre" oldukça yanıltıcıdır, çünkü V + ve V- girişleri arasında bir miktar akım olduğunu gösterir.

— TEMLIB

14

Terminoloji aslında bir acemi için kafa karıştırıcı olabilir. "Sanal kısa devre" terimi, negatif geri beslemeli bir opamp devresinde devrenin (ideal olarak) iki opamp girişi arasındaki voltajı sıfır yapacak şekilde düzenlendiği anlamına gelir.

Yana bir iki nokta arasındaki kısa devre özelliklerinin bu noktaları arasında gerilim sıfır, gördüğünü terminolojiyi (sanırım) opamp bir "sanal giriş terminalleri arasında ne çağırmak için sezgisel bir şey icat insanlar olmasıdır kısa". Buna "sanal" adını verdiler çünkü gerçek (ideal) bir kısa metnin diğer özelliklerinden yoksundur : sorunsuz herhangi bir miktarda akıntıyı gidermek için! Ne yazık ki, bu küçük bir fark değil! Bir şeyi daha az kafa karıştırıcı bir şekilde ("voltaj dengeleme prensibi"!?!) Olarak adlandırabilirlerdi, ama "sanal kısa prensip" muhtemelen daha havalı geliyor! Kim bilir?!

Bu nedenle, iki giriş arasında sanal bir kısa devre olduğunu söylediğimizde , devrenin girişlerdeki voltajları dengelemeye çalıştığını söylemenin kolay ve geleneksel bir yolu , yani onları yapmaya ve eşit tutmaya çalışır.

"Sanal kısa" varlığının, opampın değil, devrenin bir özelliği olduğuna dikkat edin (opamp'ın ideal sonsuz kazancından faydalanmasına rağmen), girişlere hiçbir akım akışının olmaması opamp'ın bir özelliğidir (ideal).

EDIT (bir yorum tarafından istenir)

Yukarıda söylediklerim hakkında daha net olmaya çalışacağım. Sanal kısa devre sadece bir araya getirilen iki önemli faktörden kaynaklanmaktadır: çok yüksek kazanç + olumsuz geri bildirim.

Biraz matematik yapalım, kendimizi ikna edelim. Let çağrı ve evirmeyen ve opampın, ters çevirici girişi, sırasıyla, en gerilimler çıkış gerilimi. Bu bağlamda gerçek bir opamp, bir diferansiyel amplifikatördür, yani , burada , opampın açık döngü kazancıdır. $V^+$ $V^-$ $V_o$ $V_o = A(V^+-V^-)$ $A$

Bu ilişkiyi tersine . Böylece, sonlu ve sonsuz , girişler arasındaki farkın sıfır olacağını elde edersiniz. $V^+-V^-=V_o/A$ $V_o$ $A$

Olumsuz geribildirim nerede bir rol oynadı? Hiçbir yerde, şimdiye kadar !!! Yakalama, gerçek bir opampın çıkışının doyurulmasını önlemek için negatif geri dönüşe ihtiyaç duymasıdır , bu durumda opampın basit doğrusal modeli (yani, kazanç formülü) çok küçük bir giriş gerilimi aralığı ( 'nın giriş voltajı ve çıkışın bir kısmı olduğu klasik evirmeyen konfigürasyon ). $V^+$ $V^-$

Negatif geri besleme uygulayın ve anlamlı bir giriş gerilimi aralığı boyunca girişlerde sıfır diferansiyel voltaj elde edersiniz .

— Lorenzo Donati - Codidact.org
kaynak

ekleyerek: çok geniş-kazanç gibi işlevsel bir amplifikatör aksiyonu, çok yüksek giriş empedansı diferansiyel yükselteç çıkış-ters çevirici terminal geri besleme döngüsü ile birleştiğinde, tam olarak nasıl sıfıra diferansiyel giriş gerilimi tahrik

— oldrinb

Aynı potansiyel, dolayısıyla voltaj yok: eşpotansiyel düğümler belki?

— Magic Smoke

@oldrinb aslında opamp giriş empedansı sanal kısa elde etmek için bir rol oynamaz. Anahtar faktörler çok yüksek kazanç + olumsuz geri beslemedir.

— Lorenzo Donati - Codidact.org

5

Gerçekten çok iyi bir soru.

Bunun çoğunun bir op amp'nin eşdeğer devresine bakarak cevaplanabileceğini düşünüyorum.

İdeal bir op amp için, V + ve V-'ye akan akım sıfırdır, bu yüzden Rin sonsuz olmalıdır.

Bir geri besleme düzenlemesinde ideal bir op amp kurulduğunda (Vout bir şekilde V + veya V-'ye bağlanır), V + 'daki voltaj V-'ye eşit olacaktır. Ders kitabı orada sanal bir kısa devre yaparak V + 'nın V-' ye eşit olduğunu simüle eder. Op amp'in giriş empedansı hala sonsuzdur!

Devre sınıfımda, ikisi arasında sanal bir kısa yapmadık çünkü bu kafa karıştırıcı olabilir. Bunun yerine, V + = V- dedik ve bunu diğer bilinmeyenleri çözmek için bir denklem olarak kullandık.

— Addison
kaynak

3

Sanal bir kısa "yapmaz". Negatif bir geri besleme durumunda bir op-amp'i tanımlamak yararlı bir kavramdır. "Kısa" op-amp tarafından normal çalışma koşullarını varsayarak V + = V- yapmak için elinden geleni yapar. Eğer op-amp bir kompaktör gibi davranıyorsa, V + ve V- elektriksel olarak Vo'dan izole edilmişse, V + normalde V-'ye eşit olmaz.

— jbord39

V + ve V- arasındaki bağlantının fiziksel olduğunu ileri sürmedim. Ders kitabının bunu doğru bir sanal kısa yaparak simüle ettiğini söyledim. "Sanal bir kısa yapmak", V + 'nın V-' ye eşit olduğunu göstermek için V + 'dan V-' ye bir çizgi çizmek anlamına gelir.

— Addison

3

"Rin'den akan akım olmadığından, V + 'daki voltaj V-' ye eşit olmalıdır" - Bu doğru değil. Hem V + hem de V- 1k s / b bağlayın ve V + @ pozitif besleme ve V-'yi toprağa koyun. Çıktı pozitif ray olacaktır. V +, V- 'ye eşit olmaz. V + 'nın normalde V-' ye eşit olmasının nedeni, op-amp'in b / w V + ve V- farkını en aza indirmeye çalışan bir geri besleme düzenlemesinde ayarlanmasıdır. Demek istediğim, amaçlarının yanıltıcı olacağını anlamadan denklemleri körü körüne uygulamak.

— jbord39

İyi bir noktaya değindin. V + 'nın V- ye eşit olmasının ardındaki gerekçem yalnızca bir geri bildirim düzenlemesinde geçerlidir. Yazımı düzelttim.

— Addison

3

Kısacası, op amp'in giriş empedansı ile genel amplifikatör devresinin giriş empedansı arasında bir fark vardır . Gösterdiğiniz fark amplifikatörü açısından bile, op amplifikatöre giren (ideal olarak) sonsuz giriş empedansına sahip bir akım yoktur.

Bir yana, fark amp girişlerinin yapılandırmanın yerleşik bir dezavantajı olan farklı giriş empedansları gördüğüne dikkat edin.

— Scott Seidman
kaynak

3

Sadece havayı temizlemek için. Bir op-amp karşılaştırıcı olarak kullanılmıyorsa, başka bir deyişle negatif geri besleme direnci varsa, (+) ve (-) giriş süreleri arasındaki farkı (+) ve ( -) aynı voltajdaki girişler. Gerçek dünyada, bir op-amp'in giriş empedansı asla sonsuz veya sıfır ohm olamaz, ancak aralarında bir yerdedir .
Çok düşük veya yüksek direnç değerleri kullanırsanız, op-amp kararsız hale gelebilir ve (+) ve (-) girişleri arasındaki voltaj bilinmemektedir. Tipik olarak (+) girişinin bir direnç üzerinden toprağa atıfta bulunduğu ve op-amp'in iki kutuplu güç kaynaklarına sahip olduğu tasarımları görürsünüz. Bu durumda, (-) giriş sanal bir toprak olacaktır, çünkü (+) giriş toprak potansiyelindedir.
Tek uçlu güç kaynakları ile (+) giriş, besleme voltajının 1 / 2'si kadar dirençlerle dirençlidir, bu nedenle çıkış eşit miktarda pozitif ve negatif salınım sağlar. Ve evet, geri besleme döngüsüne (-) giriş de besleme geriliminin 1 / 2'sinde olacaktır. Bu sapma voltajına herhangi bir sinyal verilir ve kazanç ve geri besleme dirençlerinin oranına göre güçlendirilir.
Giriş empedansı kullanılan dirençlerin değeri ile kontrol edilir, ancak minimum ve maksimum değerleri kullanılan op-ampere bağlıdır . Bir CA3140T op-amp'in giriş empedansı 1.5 Giga ohm'dur, bu nedenle giriş / geri besleme için megohm aralığında dirençler kullanmak uygundur. Op-amp, dirençleri önemli ölçüde yüklemiyor.
Şimdi giriş empedansı yaklaşık 1,000 kat daha düşük olan LM324 op-amp'i alın. Şimdi, 100K üzerindeki geri besleme dirençlerinin beklenen kazanca sahip olmaya başladığını göreceksiniz, çünkü op-amp kendi başına bir yük olarak hareket ediyor ve kullanılabilecek dirençlerin maksimum değeri üzerinde ciddi bir sınır koyuyor.
İyi bir uzlaşma, TL061 / TL071 / TL081 serisi gibi, ses kullanımı için çok sessiz olan ve 100 Meg ohm veya benzeri giriş empedansına sahip JFET op-amp'lerdir. Fazla kazanç hatası olmadan birkaç megohm'a kadar dirençler kullanabilirsiniz. JFET op-amp'lerinin küçük bir dezavantajı, +/- 5 volt ile +/- 18 volt arasında çift kutuplu bir güç kaynağı gereksinimidir ve +/- 12 volt güç için tipiktir.
RF kullanımı için kullanılan op-amp'ler düşük giriş empedanslarına (25 ila 75 ohm) ve çıkış empedanslarına sahiptir ve çoğu +/- 5 volt beslemeli 5 veya 3,3 volt ile çalışır. Düşük empedanslar çok yüksek frekanslardır, bazen 1 GHZ'ye kadar, girişlerin küçük kapasitansını şarj edebilir ve deşarj edebilir ve 75 ohm veya 50 ohm koaksiyel kabloları (veya bükümlü bir çifti) kolaylıkla sürdürebilir. Op-amp'taki sapma akımları yüksektir, böylece sinyaller sürüklenmeden pozitif ve negatif hızla salınabilir.

Op-amp'ler hakkında bir kitap yazabilirdim, ancak bu sitedeki makaleler de dahil olmak üzere diğerleri zaten var. Her bir op-amp üretimi, yaptıkları farklı kategoriler için PDF'ler sunar, böylece yıllar boyunca sadece bunları okuyarak geçirebilirsiniz.

— Sparky256
kaynak