Açık çevrim voltaj kazancı ile kapalı çevrim voltaj kazancı arasındaki fark nedir?

Op-amp'in kapalı döngü kazancı, Vout / Vin oranı ile hesaplanır. Açık döngü kazancı ne olacak? Açık döngü kazancı ve kapalı döngü kazancı değeri op-amp'in performansını nasıl etkiler? Op-amp'in açık döngü ve kapalı döngü kazancı arasındaki ilişki nedir?

Kapalı döngü kazancı, açık döngü kazancını "evcilleştirmek" için negatif geri besleme uyguladığımızda elde edilen kazançtır. Açık döngü kazancını ve geri besleme miktarını bildiğimizde kapalı döngü kazancı hesaplanabilir (çıkış voltajının hangi kısmının girişe negatif beslendiği).

Formül şudur:

$$A_{closed} = \frac{A_{open}}{1 + A_{open} \cdot Feedback}$$

Açık döngü kazancı genel olarak bu şekilde performansı etkiler. İlk olarak, yukarıdaki formüle bakın. Açık döngü 100.000 gibi büyükse, 1 + önemli değildir. çok büyük bir sayıdır ve bu büyük sayıya 1 ekleyip eklemememiz önemli değildir: bir gruptaki düşüş gibidir. Böylece formül:$A_{open} \cdot Feedback$

$$\begin{align} A_{closed} &= \frac{A_{open}}{A_{open} \cdot Feedback} \\ &= \frac{1}{Feedback}\\ \end{align}$$ Yani, ile büyük bir açık döngü kazancı, bildiğimiz tek şey negatif geri besleme ise kapalı döngü kazancını kolayca elde edebiliriz: eğer sadece karşılıklı. Geri bildirim% 100 ise (yani 1) kazanç 1 veya birlik kazancıdır . Negatif geri besleme% 10 ise, kazanç 10'dur. Büyük bir açık döngü kazancı ile, kazançları tam olarak ayarlayabiliriz: tam olarak geri bildirim devresini tasarlamaya ve oluşturmaya özen gösterdiğimiz kadar. O kadar büyük olmayan açık döngü kazancıyla bunu görmezden gelemeyebiliriz 1 +. küçükse daha fazlası .$Feedback$

Tamam, şimdiye kadar bu daha çok temiz matematik ve tasarım rahatlığı meselesi. Büyük açık döngü kazancı: kapalı döngü kazancı basittir. Ancak, pratik olarak, küçük açık döngü kazançları, belirli bir kazanç elde etmek için daha az olumsuz geri bildirim kullanmanız gerektiği anlamına gelir. Açık döngü kazancı yüz bin ise, 10 kazanç elde etmek için% 10 geri bildirim kullanabiliriz. Açık döngü kazancı sadece 50 ise, 10 kazanç elde etmek için çok daha az olumsuz geri bildirim kullanmalıyız. ( Bunu formülle çalıştırabilirsiniz.)

Genellikle mümkün olduğu kadar negatif geri bildirim kullanmak istiyoruz, çünkü bu amplifikatörü stabilize eder: amplifikatörü daha doğrusal hale getirir, daha yüksek bir giriş empedansı ve daha düşük çıkış empedansı vb. Verir. Bu açıdan, büyük açık döngü kazanımlarına sahip amplifikatörler iyidir. Büyük açık döngü kazancı olan bir amplifikatör ve çok sayıda negatif geri besleme ile bazı gerekli kapalı döngü kazancını elde etmek genellikle daha düşük kazançlı bir amplifikatör ve daha az negatif geri besleme kullanmaktan (veya sadece olumsuz geri beslemesi olmayan bir amplifikatörden) daha iyidir olması o ) kazanç açık döngü. En olumsuz geri bildirime sahip amp, kararlı, daha doğrusal ve benzeri olacaktır.

Ayrıca, açık döngü kazancının ne kadar büyük olduğu umurumda bile olmadığımızı unutmayın. 100.000 mi yoksa 200.000 mi? Önemli değil: belli bir kazançtan sonra, basitleştirilmiş yaklaşık formül geçerlidir. Bu nedenle, yüksek kazanç ve negatif geri beslemeye dayanan amplifikatörler çok kazançlı kararlıdır. Kazanç, amplifikatörün spesifik açık döngü kazancına değil, yalnızca geri beslemeye bağlıdır. Açık döngü kazancı çılgınca değişebilir (çok büyük olduğu sürece). Örneğin, açık döngü kazancının farklı sıcaklıklarda farklı olduğunu varsayalım. Farketmez. Geri besleme devresi sıcaklıktan etkilenmediği sürece kapalı döngü kazancı aynı olacaktır.

Cevabım, evirmeyen ve eviren opamp tabanlı amplifikatörü kapsar.

Semboller:

• $A_{OL}$ (opamp'ın ope-loop kazancı)
• $A_{CL}$ (geri besleme ile kapalı döngü kazancı)
• $H_{IN}$ (giriş sönümleme faktörü) -
• $H_{FB}$ (geri besleme faktörü).

Dirençli geri bildirim için:$H_{FB} = \dfrac{R1}{R1+R2}$

A) Evirmeyen

Giriş voltajı doğrudan toplama kavşağına (diferansiyel giriş) uygulandığından, H'nin klasik geribildirim formülü geçerlidir:

$A_{CL} = \dfrac{A_{OL}}{1+H_{FB} \cdot A_{OL}} = \dfrac{1}{\dfrac{1}{A_{OL}} +H_{FB}}$

İçin Elimizdeki$A_{OL} >> H_{FB}$

$A_{CL} = \dfrac{1}{H_{FB}} = 1+ \dfrac{R2}{R1}$

B) Tersine Çevirme

Şimdi giriş gerilimi doğrudan toplama bağlantısına (fark giriş çifti) tatbik edilmediğinden, ancak ters terminale dirençli bir voltaj bölücü aracılığıyla giriş gerilimi, Acl formülü uygulanmadan önce buna uygun olarak azaltılır. Süperpozisyon kuralı nedeniyle belirledik ( )$V_{OUT} =0$

$H_{IN} = \dfrac{-R2}{R1+R2}$

Bu nedenle:

$A_{CL} = \dfrac{H_{IN} \cdot A_{OL}}{1+H_{FB} \cdot A_{OL}} = \dfrac{H_{IN}}{\dfrac{1}{A_{OL}} +H_{FB}}$

İçin Elimizdeki$A_{OL} >> H_{FB}$

$A_{CL} = \dfrac{H_{IN}}{H_{FB}} = - \dfrac{\dfrac{R2}{R1+R2}}{\dfrac{R1}{R1+R2}} =- \dfrac{R2}{R1}$

C) Son not : Geri besleme faktörünün negatif (eviren) opamp girişine geri döndüğünü dikkate alarak döngü kazancı olarak tanımlanır . $-H_{FB} \cdot A_{OL}$

EDIT : " Açık döngü kazanç ve kapalı döngü kazanç değeri op-amp performansını nasıl etkiler? "

D) Aşağıdaki cevap , açık döngü bant genişliği Aol'un (gerçek opamp) bir fonksiyonu olarak evirmeyen amplifikatör için mevcut bant genişliği ile ilgilidir :

Çoğu durumda, açık döngü kazancının gerçek frekans bağımlılığı için birinci dereceden bir düşük geçiş fonksiyonu kullanabiliriz:

AOL (s) = Ao / [1 + s / wo]

Böylece, Acl (A altında verilen) ifadesine dayanarak,

ACL (s) = 1 / [(1 / Aa) + (s / woAo) + HFB]

1 / Ao << Hfb ve 1 / Hfb = (1 + R2 / R1) ile (uygun yeniden düzenlemeden sonra)

ACL (s) = (1 + R2 / R1) [1 / (1 + S / woAoHfb)]

Köşeli parantez içindeki ifade, köşe frekansına sahip birinci dereceden düşük geçiş işlevidir

W1 = woAoHfb

Bu nedenle, (açık döngü kazancı) wo nedeniyle negatif geri besleme bant genişliği olan büyütülmüş bir faktör AoHfb ile.

Bundan daha fazlası, yazabiliriz

woAo = (w1 / HFB) = W1 (1 + R2 / R1)

Bu, aynı zamanda yazılabilen klasik sabit "Kazanç-Bant Genişliği" ürünüdür (GBW)

w1 / wo = Ao / Acl (ideal) .

Bunu açık kazanç ve kapalı döngü kazançları arasındaki fark olarak fazla kazanç açısından düşünmek yararlı olabilir. Örneğin, açık döngü kazancı 100.000 ve kapalı döngü kazancı 10 ise, fark 99.990 veya yaklaşık 100 dB'dir. ( Kazanımı dB'ye nasıl dönüştürdüğüm açık değilse bu makaleyi okuyun .) Bunun yerine kapalı döngü kazancı 1.000 ise, fark hala çok büyük olduğu için aşırı kazancı zar zor azaltır. Farkı 99 dB'nin altına düşürmek için bu durumda 10 fark faktörüne girmeniz gerekir.

Bu örnek amplifikatörün açık döngü kazancı o kadar yüksektir ki, tüm pratik amaçlar için fazla kazancı 100 dB olarak adlandırabiliriz.

Bu fazla kazanç, performans parametrelerinde bir iyileşmeye katkıda bulunur. Örnek olarak, amplifikatörün ofset voltajı 30 mV ise ve 60 dB'lik bir aşırı kazancınız varsa, kapalı döngü sisteminin ofset voltajı 1000 ila 30 µV faktör kadar artırılır. Ancak, açık döngü kazancının baskın kutupları ve sıfırları farklı olduğundan, çalışma frekansını dikkate almak gerekir, bu nedenle bunlara önemli ölçüde yakın çalışıyorsanız açıklama daha az basit hale gelir.

Ayrıca, açık döngü kazancı kavramı sadece gerilim geri beslemesi, gerilim modu yükselteçleri için geçerlidir. Norton amplifikatörleri, mevcut geri besleme amplifikatörleri ve OTA tabanlı op-amperlerin ( CCI ve CCII sınıfı amplifikatörler gibi ) sınırlamalarından farklı nüansları vardır.

Açık döngü kazancı, dahili cihazların ve dahili devrenin kazanım özellikleri ile belirlenir ve bir OP amplifikatörü için yüz binlerce olabilir. Kapalı döngü kazancı, harici devre, önemsiz olarak giriş ve geri besleme dirençlerinin oranı ile belirlenir.

işlemsel bir yükselticinin açık çevrim voltaj kazancı, devrede geri besleme kullanılmadığında elde edilen kazanımdır. açık döngü voltaj kazancı genellikle aşırı yüksektir. uygulanan bir işlemsel yükselticinin sonsuz açık döngü volage kazancı vardır.