Bir opampın giriş ve çıkış empedansı nedir?

Bir op-ampin giriş ve çıkış empedanslarını hiç anlamadım. Bir kimse bu iki terimin bir op-amp'te ne anlama geldiğini açıklayabilirse çok minnettar olurum. Teşekkür ederim!

http://www.eecs.tufts.edu/~dsculley/tutorial/opamps/opamps5.html

operational-amplifier impedance

— user734861
kaynak

Yanıtlar:

Kısa cevap: giriş empedansı "yüksek" (ideal olarak sonsuz). Çıkış empedansı "düşük" (ideal sıfır). Fakat bunun anlamı nedir ve neden faydalıdır?

Empedans, voltaj ve akım arasındaki ilişkidir. Direnç (frekanstan bağımsız, dirençler) ve reaktansın (frekansa bağlı, indüktörler ve kapasitörler) birleşimidir. Tartışmayı basitleştirmek için, tüm empedanslarımızın tamamen dirençli olduğunu varsayalım, bu yüzden empedans = direnç.

Direncin, Ohm yasasıyla voltaj ve akımı ilişkilendirdiğini zaten biliyorsunuz:

E = ben R,

$E = IR$

ya da belki

R, = \frac{E}{ben}

$R = \frac{E}{I}$

Yani, bir ohm, her bir volt için bir amper alacağınız anlamına gelir. Biz bir direnç varsa biliyorum ve biz bir akım var , daha sonra gerilim olmalıdır . $100\Omega$ $1A$ $100V$

"Giriş" ve "çıkış" empedansı kavramı, sadece voltaj ve akımdaki göreceli değişiklikle ilgilenmemiz dışında, neredeyse aynı şeydir . Yani:

R, = \frac{\partial E}{\partial ben}

$R = \frac{\partial E}{\partial I}$

$1V$ $1\mu A$ $3V$ $2\mu A$

\frac{(3 V - 1 V)}{2 μ bir - 1 μ bir} = 2 M Ω

$\frac{(3V-1V)}{2\mu A-1\mu A} = 2 M\Omega$

Tipik olarak, op-amplerin çok yüksek bir giriş empedansı istenir, çünkü bu, voltaj yapmak için kaynaktan çok az akımın gerektiği anlamına gelir. Diğer bir deyişle, bir op-amp açık voltajdan çok fazla farklı görünmüyor, voltaj üretme akımı yok, çünkü açık devrenin empedansı sonsuzdur.

Çıkış empedansı aynı şeydir, ancak şimdi kaynağın görünen geriliminin daha fazla akım sağlamak için gerekli olduğu kadar ne kadar değiştiğinden bahsediyoruz. Muhtemelen yük altında bir akünün, yük altında olmayan aynı aküden daha düşük bir voltaj olduğunu gözlemlediniz. Bu, işlemdeki kaynak empedansıdır.

$0A$ $50mA$ $4.99V$

- \frac{5 V - 4.99 V}{0 m bir - 50 m bir} = 0.2 Ω

$- \frac{5V - 4.99V}{0mA - 50mA} = 0.2\Omega$

Sonucun işaretini değiştirdiğimi not edersiniz. Nedenini sonra anlatacağım. Bu düşük kaynak empedansı, op-amp'in voltaj çok fazla değişmeden çok fazla akım besleyebilmesi (veya batması) anlamına gelir.

Burada yapılması gereken bazı gözlemler var. Op-ampin giriş empedansı, op-amp'e sinyal veren her şeyin yük empedansına benziyor. Op-ampin çıkış empedansı, op-amp'ten gelen sinyali alanın empedansı gibi görünür.

Nispeten düşük yük empedanslı bir yükü tahrik eden bir kaynağın yoğun bir şekilde yüklendiği söylenir ve bir voltaj sinyali yüksek bir akım gerektirir. Kaynak empedansının düşük olduğu durumlarda, kaynak voltajı düşmeden bu akımı sağlayabilecektir.

Gerilim düşmesini en aza indirmek istiyorsanız, kaynak empedansı yük empedansından çok daha az olmalıdır. Buna empedans köprülemesi denir . Yapılması gereken yaygın bir şey çünkü sinyalleri çoğunlukla voltaj olarak temsil ediyoruz ve bu voltajları değişmeden bir aşamadan diğerine aktarmak istiyoruz. Yüksek yük empedansı ayrıca fazla akım olmayacağı anlamına gelir, bu da daha az güç anlamına gelir.

İdeal op-ampin sonsuz giriş empedansı ve sıfır çıkış empedansı vardır, çünkü giriş empedansını düşürmek (bir direnci paralel olarak koymak) veya kaynak empedansını yükseltmek (seri olarak bir direnç koymak) kolaydır. Diğer tarafa gitmek o kadar kolay değil; büyütebilecek bir şeye ihtiyacınız var. Gerilim takipçisi olarak op-amp, yüksek kaynak empedansını düşük kaynak empedansına dönüştürmenin bir yoludur.

Son olarak, Thévenin teoremi hemen hemen herhangi bir lineer elektrik şebekesini bir voltaj kaynağına ve bir rezistansa dönüştürebileceğimizi söylüyor:

şematik

$R_{th}$

^{1: bu aslında mümkün değil, çünkü voltmetrenizin her iki ucunu da devreye bağlamanız gerekir, böylece tamamlayın! Ancak, voltmetrenizin empedansı çok yüksek, bu yüzden böyle düşünebileceğimiz açık bir devreye yeterince yakın.}

— Phil Frost
kaynak

İlk olarak, op-ampin giriş ve çıkış empedansı ile op-amp devresinin giriş ve çıkış empedansı arasında ayrım yapmak önemlidir .

İdeal bir op-ampin sonsuz giriş empedansı vardır. Bu, ters çeviren ve ters çevirmeyen giriş terminallerinden hiçbirine akım çıkamayacağı anlamına gelir

İdeal bir op-amp, sıfır çıkış empedansına sahiptir. Bu, çıkış voltajının çıkış akımından bağımsız olduğu anlamına gelir.

Gerçek, fiziksel op-amp'ler bu ideale yalnızca yaklaşık değer verir ve çok büyük giriş empedansına ve çok düşük çıkış empedansına sahiptir.

Op-amp, bir amplifikatör, filtre vb. Gibi bir devrenin bir parçası olduğunda, devrenin giriş empedansı genel olarak op-amp'in uygun giriş empedansından farklı olacaktır.

Bağlantıdaki devrede, giriş doğrudan çevirici olmayan girişe bağlanır, böylece giriş empedansı (etkin) sonsuzdur.

Ayrıca, çıkış doğrudan op-amp çıkışına bağlanır, böylece çıkış empedansı (yaklaşık) sıfır olur.

— Alfred Centauri
kaynak

bu nedenle giriş empedansının, giriş veya kaynağın dışarıdan bakmakta gördüğü direnç / empedansı ifade ederken, çıkış empedansının yük çıktısının kaynağa bakarken ne gördüğü anlamına geldiği söylenebilir mi?

— user734861

@ user734861, bu koymak için makul bir yol.

— Alfred Centauri

Op amp'ler genellikle giriş empedansının giriş pimi üzerindeki diğer empedanslara göre çok büyük olması gerektiği durumlarda ve geri besleme yolunun etkin çıkış empedansını harici empedanslara göre sınırsız yapması gereken durumlarda kullanılır. Uygulamanın doğası, op amp'in bu gereklilikleri yerine getirmek için ne kadar iyi olması gerektiğini belirleyecektir.

— supercat

"çok düşük çıkış empedansı." => çoğu op amper en az 100 pe çıkış empedansına sahiptir ve bazıları, özellikle CMOS / RRIO olanlar 500-800 Ω bölgesindedir (çünkü bunlar genellikle VCCS benzeri çıkış aşamaları kullanırlar ve MOS iletkenliği zayıftırlar) . Tipik bir döngü kazancıyla, bu hala en azından düşük frekanslar için, çıkış empedansları << 1 Ω ile sonuçlanır.

— dom0