Bedste svar
Her er noget af mine niveau 3-studier ..
På op – forstærker kredsløb forudsat at vi har to indgange på -12v og + 12v. Outputtet fra op-forstærkeren er begrænset af strømforsyningen, vi kan ikke komme ud mere end forsyningen sætter i. I dette tilfælde kan op-forstærkeren kun give 24Vpp i ideel situation. Men i praksis vil op-forstærker sandsynligvis ikke være i stand til at lægge nøjagtigt så meget som 24Vpp. Det punkt, hvor udgangen ikke kan blive større, kaldes mætningspunktet.
For at kontrollere forstærkningen af op-amp er der en feedback-modstand brugt i dette kredsløb. Hvis du simpelthen ville indtaste signaler i op – amp uden en feedback – modstand, ville den mætte ved forsyningsskinnerne, da den forstærker forskellen i spænding mellem + og – pins. Dette skyldes, at en ideel op-forstærker har uendelig gevinst. (I virkeligheden er gevinsten ikke uendelig, men er stadig meget høj). Så feedback tager en del af det forstærkede output fra input, så forstærkningen begrænses meget mere af den feedback, der er meget mere forudsigelig snarere end den åbne loop forstærkning, som er sværere at kontrollere. Så feedbacken bruges til at:
·
Definere, hvad op-amp spændingen vil være. (For at kontrollere forstærkningen)
·
Modsætter eller trækker fra indgangssignalerne, hvilket giver det mange fordele i design og stabilisering af styresystemer
·
Hvis systemudgangen ændres af en eller anden grund, så påvirker negativ feedback indgangen på en sådan måde at modvirke ændringen.
·
Har virkninger af at reducere forvrængning, støj, følsomhed over for eksterne ændringer samt forbedring af systemets båndbredde og input- og outputimpedanser.
·
Reducerer spændingsforøgelsen.
Afslutningsvis hvis vi har en op-forstærker med indgange på +12 og -12 volt med den givne spændingsforstærkning på 100 (Av = R2 / R1) på grund af R2 (100KΩ) og R1 (1kΩ) den maksimale indgangsspænding, som vi kunne bruge til dette kredsløb er 120Mvp, hvilket ville give os vores maksimale output på 12vp i en ideel situation (I virkeligheden for en op – forstærker som 741 ville den maksimale indgangsspænding være omkring 110Mvp, hvilket ville give dig den maksimale outputværdi på omkring 22Vpp). Så hvis du anvender 200mvp, går op – amp output ud i mætning, da det krævede output på denne input ville være 20vp, hvilket overstiger Vcc på 12 volt.
Forvrængningen kan også ske, når forstærkning af op – forstærker, da det reducerer op – forstærkerens båndbredde (frekvens) på grund af forstærkningsbåndbreddeproduktet (GBP). Relativt når du ændrer en af disse parametre, skal du kontrollere den anden, da det potentielt kan forårsage forvrængning, når båndbredden eller forstærkning ændres.
Svar
For at besvare dette har vi at lave nogle idealiserende antagelser (så vores ikke-ideelle op-forstærker har nogle ideelle egenskaber). Til at begynde med antager jeg, at
- Udgangen kan svinge hele vejen fra -10V til + 15V,
- Indgangene kan være på ethvert potentiale mellem -10V og + 15V, og
- Den åbne loop-forstærkning er konstant under ovennævnte driftsgrænser.
Ingen fysisk pålidelig op-amp opfylder disse betingelser, selvom nogle af de bedste op-forstærkere med rail-to-rail -indgange og -udgange kommer meget tæt.
Dernæst husker vi, at op-forstærkere er differentierede forstærkere : output er lig med open-loop forstærkning ganget med potentialet forskel mellem de inverterende og ikke-inverterende indgange, ikke på de absolutte potentialer ved begge indgange (så længe potentialet ved begge indgange ikke overstiger forsyningsskinnerne):
Vout = Aol * Vdif.
Hvis begge indgange er e ved lige potentialer er udgangsspændingen 0V. Så lad os først antage, at begge indgange er på -10V. for at få output til + 15V skal vi hæve den ikke-inverterende input med 15/20000 = 750uV (til -9,99925V). Hvis vi i stedet forlod den ikke-inverterende indgang ved -10V, kan vi få en -10V udgang ved at hæve den inverterende indgang med 10/20000 = 500uV (til -9,9995V).
LIkewise, hvis begge indgange er ved + 15V, vil output være på 0V. I dette tilfælde for at få udgangen til + 15V er vi nødt til at sænke den inverterende indgang med 750uV (til 14.99925V), og for at få en -10V udgang vil vi lade den inverterende indgang være på + 15V og droppe den ikke-inverterende indgang 500uV (til 14.9995V).
Der er andre måder at besvare dette spørgsmål på, især hvis der bruges en ægte op-amp. I praksis bruger vi sjældent op-forstærkere i open-loop, især fordi open-loop gain aldrig er konstant. Det er langt mere praktisk at bruge lukkede sløjfer med negativ feedback for at opnå stabil gevinst.