Beste Antwort
Hier ist etwas aus meinen Level 3-Studien.
Auf der Op – Ampere-Schaltung vorausgesetzt, wir haben zwei Eingänge von -12V und +12V. Die Leistung des Operationsverstärkers ist durch die Stromversorgung begrenzt. Wir können nicht mehr herausholen, als die Versorgung liefert. In diesem Fall kann der Operationsverstärker im Idealfall nur 24 Vss abgeben. In der Praxis wird der Operationsverstärker wahrscheinlich nicht genau 24 Vpp ausgeben können. Der Punkt, an dem der Ausgang nicht größer werden kann, wird als Sättigungspunkt bezeichnet.
Zur Steuerung der Verstärkung des Operationsverstärkers wird in dieser Schaltung ein Rückkopplungswiderstand verwendet. Wenn Sie einfach Signale ohne Rückkopplungswiderstand in den Operationsverstärker eingeben würden, würde dieser an den Versorgungsschienen gesättigt sein, da er die Spannungsdifferenz zwischen den Pins + und – verstärkt. Dies liegt daran, dass ein idealer Operationsverstärker eine unendliche Verstärkung hat. (In Wirklichkeit ist der Gewinn nicht unendlich, aber immer noch sehr hoch). Die Rückkopplung nimmt also einen Teil des verstärkten Ausgangs vom Eingang ein, so dass die Verstärkung viel stärker durch die Rückkopplung eingeschränkt wird, die viel vorhersehbarer ist, als durch die Verstärkung im offenen Regelkreis, die schwerer zu steuern ist. Die Rückkopplung wird also verwendet, um:
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die Operationsverstärkerspannung zu definieren. (Zur Steuerung der Verstärkung)
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Entgegengesetzt oder subtrahiert die Eingangssignale und bietet so viele Vorteile beim Entwurf und der Stabilisierung von Steuerungssystemen
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Wenn sich der Systemausgang aus irgendeinem Grund ändert, wirkt sich eine negative Rückkopplung so auf den Eingang aus, dass der Änderung entgegengewirkt wird.
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Auswirkungen auf die Verringerung der Verzerrung haben, Rauschen, Empfindlichkeit gegenüber externen Änderungen sowie Verbesserung der Systembandbreite sowie der Eingangs- und Ausgangsimpedanzen.
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Reduziert die Spannungsverstärkung.
Abschließend, wenn wir haben Ein Operationsverstärker mit Eingängen von +12 und -12 Volt mit der angegebenen Spannungsverstärkung von 100 (Av = R2 / R1) aufgrund der maximalen Eingangsspannung R2 (100KΩ) und R1 (1kΩ), die wir für diese Schaltung verwenden können beträgt 120 Mvp, was in einer idealen Situation unser Maximum von 12 Vp Ausgang ergibt (in der Realität würde für einen Operationsverstärker wie 741 die maximale Eingangsspannung etwa 110 Mvp betragen, was einen maximalen Ausgangswert von etwa 22 Vss ergibt). Wenn Sie also 200 mVp anwenden, wird der Operationsverstärkerausgang gesättigt, da der erforderliche Ausgang dieses Eingangs 20 Vp beträgt, was die Vcc von 12 Volt überschreitet.
Die Verzerrung kann auch auftreten, wenn die Verstärkung von erhöht wird Operationsverstärker, da er die Bandbreite (Frequenz) des Operationsverstärkers aufgrund des Verstärkungsbandbreitenprodukts (GBP) reduziert. Wenn Sie einen dieser Parameter ändern, müssen Sie den anderen überprüfen, da dies möglicherweise zu Verzerrungen führen kann, wenn sich die Bandbreite oder die Verstärkung ändert.
Antwort
Um dies zu beantworten, haben wir um einige idealisierende Annahmen zu treffen (so hat unser nicht idealer Operationsverstärker einige ideale Eigenschaften). Für den Anfang gehe ich davon aus, dass
- der Ausgang von -10 V bis +15 V schwingen kann.
- Die Eingänge können auf einem beliebigen Potential zwischen -10 V und liegen + 15V und
- Die Verstärkung im offenen Regelkreis ist unter den oben genannten Betriebsgrenzen konstant.
Kein physikalisch zuverlässiger Operationsverstärker erfüllt diese Bedingungen, obwohl einige der Die besten Operationsverstärker mit Rail-to-Rail -Eingängen und Ausgängen kommen sehr nahe.
Als nächstes erinnern wir uns, dass Operationsverstärker Differential Verstärker : Der Ausgang entspricht der Verstärkung im offenen Regelkreis multipliziert mit dem Potential Differenz zwischen den invertierenden und nicht invertierenden Eingängen, nicht auf den absoluten Potentialen an beiden Eingängen (solange das Potential an beiden Eingängen die Versorgungsschienen nicht überschreitet):
Vout = Aol * Vdif.
Wenn beide Eingänge ar Bei gleichen Potentialen beträgt die Ausgangsspannung 0V. Nehmen wir also zunächst an, dass beide Eingänge bei -10 V liegen. Um den Ausgang auf +15 V zu bringen, müssen wir den nicht invertierenden Eingang um 15/20000 = 750uV (auf -9.99925V) erhöhen. Wenn wir stattdessen den nicht invertierenden Eingang bei -10 V belassen, können wir einen Ausgang von -10 V erhalten, indem wir den invertierenden Eingang um 10/20000 = 500 uV (auf -9,9995 V) erhöhen.
Ebenso, wenn beide Eingänge Bei + 15V liegt der Ausgang bei 0V. In diesem Fall müssen wir den invertierenden Eingang um 750 uV (auf 14.99925 V) senken, um den Ausgang auf +15 V zu bringen. Um einen Ausgang von -10 V zu erhalten, belassen wir den invertierenden Eingang bei + 15 V und lassen den nicht invertierenden Eingang um fallen 500 uV (bis 14.9995 V).
Es gibt andere Möglichkeiten, diese Frage zu beantworten, insbesondere wenn ein echter Operationsverstärker verwendet wird. In der Praxis verwenden wir Operationsverstärker selten im offenen Regelkreis, insbesondere weil die Verstärkung im offenen Regelkreis niemals konstant ist. Es ist weitaus praktischer, geschlossene Schleifen mit negativer Rückkopplung zu verwenden, um eine stabile Verstärkung zu erzielen.