Najlepsza odpowiedź
Oto niektóre z moich badań na poziomie 3 ..
Na op – obwód wzmacniacza pod warunkiem, że mamy dwa wejścia -12v i +12v. Wyjście wzmacniacza operacyjnego jest ograniczone przez zasilacz, nie możemy wyciągnąć więcej niż wkłada zasilacz. W tym przypadku wzmacniacz operacyjny może dawać tylko 24 Vpp w idealnej sytuacji. Ale w praktyce wzmacniacz operacyjny prawdopodobnie nie będzie w stanie wystawić dokładnie tak dużo, jak 24 Vpp. Punkt, w którym moc wyjściowa nie może stać się większa, nazywany jest punktem nasycenia.
Aby kontrolować wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego, w tym obwodzie zastosowano rezystor sprzężenia zwrotnego. Gdybyś po prostu wprowadził sygnały do wzmacniacza operacyjnego bez rezystora sprzężenia zwrotnego, nasyciłoby się to na szynach zasilających, ponieważ wzmacnia różnicę napięcia między pinami + i -. Dzieje się tak, ponieważ idealny wzmacniacz operacyjny ma nieskończone wzmocnienie. (W rzeczywistości zysk nie jest nieskończony, ale nadal jest bardzo wysoki). Tak więc sprzężenie zwrotne bierze część wzmocnionego sygnału wyjściowego z wejścia, więc wzmocnienie jest znacznie bardziej ograniczone przez sprzężenie zwrotne, które jest znacznie bardziej przewidywalne, niż wzmocnienie w otwartej pętli, które jest trudniejsze do kontrolowania. Tak więc informacja zwrotna służy do:
·
Określenie, jakie będzie napięcie wzmacniacza operacyjnego. (Aby kontrolować wzmocnienie)
·
Przeciwstawia się lub odejmuje od sygnałów wejściowych, co daje wiele korzyści w projektowaniu i stabilizacji systemów sterowania.
·
Jeśli wyjście systemu zmienia się z jakiegokolwiek powodu, negatywne sprzężenie zwrotne wpływa na dane wejściowe w taki sposób, aby przeciwdziałać zmianie.
·
Mają wpływ na zmniejszenie zniekształceń szum, wrażliwość na zmiany zewnętrzne, a także poprawę przepustowości systemu oraz impedancji wejściowych i wyjściowych.
·
Zmniejsza przyrost napięcia.
Podsumowując, jeśli mamy wzmacniacz operacyjny z wejściami +12 i -12 woltów z podanym wzmocnieniem napięcia 100 (Av = R2 / R1) ze względu na R2 (100KΩ) i R1 (1kΩ) maksymalne napięcie wejściowe, które moglibyśmy wykorzystać dla tego obwodu wynosi 120Mvp, co dałoby nam maksymalne 12vp mocy wyjściowej w idealnej sytuacji (w rzeczywistości dla wzmacniacza operacyjnego takiego jak 741 maksymalne napięcie wejściowe wynosiłoby około 110Mvp, co dałoby maksymalną wartość wyjściową około 22 Vpp). Więc jeśli zastosujesz 200mvp, wyjście wzmacniacza operacyjnego przejdzie w nasycenie, ponieważ wymagane wyjście tego wejścia będzie wynosić 20vp, co przekracza Vcc 12 woltów.
Zniekształcenia mogą również wystąpić przy zwiększaniu wzmocnienia wzmacniacz operacyjny, ponieważ zmniejsza szerokość pasma (częstotliwość) wzmacniacza operacyjnego ze względu na iloczyn wzmocnienia pasma (GBP). Względnie, gdy zmieniasz jeden z tych parametrów, musisz sprawdzić drugi, ponieważ może to potencjalnie powodować zniekształcenia, gdy zmienia się przepustowość lub wzmocnienie.
Odpowiedź
Aby odpowiedzieć na to pytanie, mamy aby poczynić pewne idealizujące założenia (więc nasz nieidealny wzmacniacz operacyjny ma pewne idealne właściwości). Na początek założę, że
- Wyjście może wahać się od -10 V do + 15 V,
- Wejścia mogą mieć dowolny potencjał między -10 V a + 15V i
- Wzmocnienie w otwartej pętli jest stałe w powyższych granicach działania.
Żaden fizycznie niezawodny wzmacniacz operacyjny nie spełnia tych warunków, chociaż niektóre z najlepsze wzmacniacze operacyjne z wejściami rail-to-rail z wejściami i są bardzo blisko.
Następnie pamiętamy, że wzmacniacze operacyjne to różnicowe wzmacniacze : moc wyjściowa jest równa wzmocnieniu w otwartej pętli pomnożonej przez potencjał różnica między wejściami odwracającymi i nieodwracającymi, a nie bezwzględnymi potencjałami na żadnym wejściu (o ile potencjał na którymkolwiek wejściu nie przekracza szyn zasilających):
Vout = Aol * Vdif.
Jeśli oba wejścia ar e przy równych potencjałach napięcie wyjściowe wynosi 0 V. Więc najpierw załóżmy, że oba wejścia są pod napięciem -10V. aby uzyskać wyjście do + 15V, musimy podnieść nieodwracające wejście o 15/20000 = 750uV (do -9,99925V). Jeśli zamiast tego pozostawimy wejście nieodwracające przy -10 V, możemy uzyskać wyjście odwracające -10 V, zwiększając wejście odwracające o 10/20000 = 500 uV (do -9,9995 V).
Podobnie, jeśli oba wejścia mają napięcie + 15 V, wyjście będzie miało napięcie 0 V. W tym przypadku, aby uzyskać wyjście do + 15V, musimy obniżyć wejście odwracające o 750uV (do 14,99925V), a aby uzyskać wyjście -10V, zostawilibyśmy wejście odwracające na + 15V i upuść wejście nieodwracające o 500 uV (do 14,9995 V).
Istnieją inne sposoby odpowiedzi na to pytanie, zwłaszcza jeśli używany jest prawdziwy wzmacniacz operacyjny. W praktyce rzadko używamy wzmacniaczy operacyjnych w otwartej pętli, szczególnie, że wzmocnienie w otwartej pętli nigdy nie jest stałe. O wiele bardziej praktyczne jest użycie zamkniętych pętli z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, aby osiągnąć stabilne wzmocnienie.