Bästa svaret
Här är något av mina nivå 3-studier ..
On the op – förstärkarkrets förutsatt att vi har två ingångar på -12v och + 12v. Utgången från op-förstärkaren är begränsad av strömförsörjningen, vi kan inte komma ut mer än matningen sätter in. I detta fall kan förstärkaren bara ge ut 24Vpp i idealläge. Men i praktiken kommer op förstärkaren förmodligen inte att kunna lägga ut exakt så mycket som 24Vpp. Den punkt där utgången inte kan bli större kallas mättnadspunkten.
För att reglera förstärkningen av op-förstärkaren används ett återkopplingsmotstånd i denna krets. Om du helt enkelt skulle mata in signaler till op-amp utan återkopplingsmotstånd mättade det vid matningsskenorna eftersom det förstärker spänningsskillnaden mellan + och – stiften. Detta beror på att en idealisk förstärkare har oändlig vinst. (I verkligheten är vinsten inte oändlig men är fortfarande mycket hög). Så återkopplingen tar del av den förstärkta utsignalen från ingången så att förstärkningen begränsas mycket mer av återkopplingen som är mycket mer förutsägbar snarare än den öppna slingförstärkningen som är svårare att kontrollera. Så återkopplingen används för att:
·
Definiera vad op-förstärkarens spänning kommer att vara. (För att kontrollera förstärkningen)
·
Motsätter eller subtraherar ingångssignalerna vilket ger många fördelar vid utformning och stabilisering av styrsystem
·
Om systemutmatningen ändras av någon anledning påverkar negativ återkoppling ingången på ett sådant sätt att den motverkar förändringen.
·
Har effekter att minska distorsion, brus, känslighet för externa förändringar samt förbättrad systembredd och in- och utgångsimpedanser.
·
Minskar spänningsförstärkningen.
Sammanfattningsvis om vi har en op-förstärkare med ingångar på +12 och -12 volt med den givna spänningsförstärkningen på 100 (Av = R2 / R1) på grund av R2 (100KΩ) och R1 (1kΩ) den maximala ingångsspänningen som vi kunde använda för denna krets är 120Mvp vilket ger oss vårt maximala 12vp output i en idealisk situation (i verkligheten för en op-amp som 741 skulle den maximala ingångsspänningen vara cirka 110Mvp vilket skulle ge dig det maximala utgångsvärdet på cirka 22Vpp). Så om du använder 200mvp kommer op-amp-utgången att mättas eftersom den erforderliga utgången på denna ingång skulle vara 20vp som överstiger Vcc på 12 volt.
Förvrängningen kan också inträffa när förstärkningen ökar. op-amp eftersom det minskar bandbredden (frekvensen) på op-amp på grund av förstärkningsbandbreddsprodukten (GBP). Relativt när du ändrar en av dessa parametrar måste du kontrollera den andra eftersom det potentiellt kan orsaka förvrängning när bandbredd eller förstärkning ändras.
Svar
För att svara på detta har vi för att göra några idealiserande antaganden (så vår icke-idealiska förstärkare har några ideala egenskaper). Till att börja med antar jag att
- Utgången kan svänga hela vägen från -10V till + 15V,
- Ingångarna kan ha en potential mellan -10V och + 15V, och
- Öppen slingförstärkning är konstant under ovanstående driftsgränser.
Ingen fysiskt pålitlig förstärkare uppfyller dessa villkor, även om vissa av bästa op-amp med rail-to-rail -ingångar och utgångar kommer mycket nära.
Därefter kommer vi ihåg att op-förstärkare är differential förstärkare : utgången är lika med öppen loopförstärkning multiplicerad med potentialen skillnad mellan inverterande och icke-inverterande ingångar, inte på de absoluta potentialerna vid någon av ingångarna (så länge potentialen vid endera ingången inte överstiger matningsskenorna):
Vout = Aol * Vdif.
Om båda ingångarna är e vid lika potential är utspänningen 0V. Så låt oss först anta att båda ingångarna är på -10V. för att få utgången till + 15V måste vi höja den icke-inverterande ingången med 15/20000 = 750uV (till -9,99925V). Om vi istället lämnade den icke-inverterande ingången vid -10V, kan vi få en -10V-utgång genom att höja den inverterande ingången med 10/20000 = 500uV (till -9,9995V).
LIkewise, om båda ingångarna är vid + 15V kommer utgången att vara vid 0V. I det här fallet för att få utgången till + 15V måste vi sänka den inverterande ingången med 750uV (till 14.99925V), och för att få en -10V utgång skulle vi lämna den inverterande ingången vid + 15V och släppa den icke-inverterande ingången med 500uV (till 14.9995V).
Det finns andra sätt att svara på den här frågan, speciellt om en riktig op-amp används. I praktiken använder vi sällan op-förstärkare i öppen slinga, särskilt för att öppen slinga aldrig är konstant. Det är mycket mer praktiskt att använda slutna slingor med negativ feedback för att uppnå stabil vinst.