Beste antwoord
Hier is iets van mijn niveau 3-studies.
Aan de – versterkerschakeling mits we twee ingangen hebben van -12v en + 12v. De output van de op-amp wordt beperkt door de voeding, we kunnen er niet meer uit krijgen dan de voeding erin doet. In dit geval kan de op-amp alleen in een ideale situatie 24Vpp afgeven. Maar in de praktijk zal de opamp waarschijnlijk niet precies zoveel als 24Vpp kunnen produceren. Het punt waar de output niet groter kan worden, wordt het saturatiepunt genoemd.
Om de versterking van de op-amp te regelen, is er een feedbackweerstand gebruikt in dit circuit. Als je gewoon signalen in de op-amp zou invoeren zonder een terugkoppelingsweerstand, zou het verzadigen op de voedingsrails omdat het het verschil in spanning tussen de + en – pinnen versterkt. Dit komt doordat een ideale opamp een oneindige versterking heeft. (In werkelijkheid is de winst niet oneindig maar wel erg hoog). De feedback neemt dus een deel van de versterkte uitvoer van de invoer over, zodat de versterking veel meer wordt beperkt door de feedback die veel voorspelbaarder is dan de open-lusversterking die moeilijker te regelen is. Dus de feedback wordt gebruikt om:
·
te definiëren wat de op-amps-spanning zal zijn. (Om de versterking te regelen)
·
Verzet zich tegen of trekt af van de ingangssignalen waardoor het veel voordelen heeft bij het ontwerp en de stabilisatie van besturingssystemen
·
Als de output van het systeem om welke reden dan ook verandert, beïnvloedt negatieve feedback de input zodanig dat de verandering wordt tegengegaan.
·
Effecten hebben op het verminderen van vervorming, ruis, gevoeligheid voor externe veranderingen en verbetering van de systeembandbreedte en ingangs- en uitgangsimpedanties.
·
Vermindert de spanningsversterking.
Tot slot als we een opamp met ingangen van +12 en -12 volt met de gegeven spanningsversterking van a 100 (Av = R2 / R1) vanwege de R2 (100KΩ) en R1 (1kΩ) de maximale ingangsspanning die we voor dit circuit zouden kunnen gebruiken is 120Mvp, wat ons in een ideale situatie ons maximum van 12vp aan output zou geven (in werkelijkheid voor een op-amp als 741 zou de maximale ingangsspanning rond de 110Mvp zijn, wat je de maximale outputwaarde zou geven van ongeveer 22Vpp). Dus als je 200mvp toepast, zal de op-amp output in verzadiging gaan omdat de vereiste output van deze input 20vp zou zijn, wat de Vcc van 12 Volt overschrijdt.
De vervorming kan ook optreden bij het verhogen van de gain van op-amp omdat het de bandbreedte (frequentie) van de op-amp vermindert vanwege het gain bandwidth product (GBP). Relatief wanneer u een van deze parameters wijzigt, moet u de andere controleren, omdat dit mogelijk vervorming kan veroorzaken wanneer de bandbreedte of versterking verandert.
Antwoord
Om dit te beantwoorden, hebben we om een aantal idealiserende aannames te doen (dus onze niet-ideale op-amp heeft enkele ideale eigenschappen). Om te beginnen ga ik ervan uit dat
- De output kan helemaal zwaaien van -10V tot + 15V,
- De inputs kunnen elk potentieel hebben tussen -10V en + 15V, en
- De open-lusversterking is constant onder de bovenstaande bedrijfslimieten.
Geen fysiek betrouwbare op-amp voldoet aan deze voorwaarden, hoewel sommige van de beste op-amps met rail-to-rail inputs en outputs komen heel dichtbij.
Vervolgens onthouden we dat op-amps differentieel versterkers : de uitvoer is gelijk aan de open-lusversterking vermenigvuldigd met de potentiële verschil tussen de inverterende en niet-inverterende ingangen, niet op de absolute potentialen op beide ingangen (zolang de potentiaal op beide ingangen niet groter is dan de voedingsrails):
Vout = Aol * Vdif.
Als beide ingangen ar Bij gelijke potentialen is de uitgangsspanning 0V. Laten we dus eerst aannemen dat beide ingangen zich op -10V bevinden. om de output op + 15V te krijgen, moeten we de niet-inverterende input verhogen met 15/20000 = 750uV (tot -9,99925V). Als we in plaats daarvan de niet-inverterende ingang op -10V laten staan, kunnen we een -10V-uitgang krijgen door de inverterende ingang met 10/20000 = 500uV (tot -9,9995V) te verhogen.
Evenzo, als beide ingangen zijn op + 15V de output zal op 0V zijn. Om de output op + 15V te krijgen, moeten we in dit geval de inverterende input verlagen met 750uV (naar 14.99925V), en om een -10V output te krijgen, laten we de inverterende input op + 15V en laten we de niet-inverterende input vallen met 500uV (tot 14.9995V).
Er zijn andere manieren om deze vraag te beantwoorden, vooral als een echte op-amp wordt gebruikt. In de praktijk gebruiken we zelden op-amps in open-loop, vooral omdat open-loop gain nooit constant is. Het is veel praktischer om closed-loops met negatieve feedback te gebruiken om een stabiele winst te bereiken.