ข้อเสนอแนะในเชิงบวกและเชิงลบของ opamps แตกต่างกันอย่างไร? วิธีการวิเคราะห์วงจรที่มีอยู่ทั้งสอง?

13

ใน opamp คำติชมของอินพุตเชิงบวกจะวางไว้ในโหมดความอิ่มตัวและเอาต์พุตจะมีเครื่องหมายเช่นเดียวกับ V + - V-; ข้อเสนอแนะเกี่ยวกับการป้อนข้อมูลเชิงลบวางไว้ใน "โหมดควบคุม" และนึกคิด Vout เป็นเช่นนั้น V + = V-

opamp เปลี่ยนพฤติกรรมอย่างไรขึ้นอยู่กับความคิดเห็น? มันเป็นส่วนหนึ่งของ "กฎหมายพฤติกรรม" ทั่วไปหรือไม่? [แก้ไข: ไม่ใช่สิ่งที่อยู่ในสายของแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มจะเพิ่มข้อผิดพลาดแทนที่จะลดลงในกรณีที่มีข้อเสนอแนะ +?]
เราจะวิเคราะห์วงจรที่มีทั้งคู่อยู่ได้อย่างไร

ใครก็ตามที่ตอบทั้งสองในเวลาเดียวกันในลักษณะที่สอดคล้องกันชนะหม้อโหวต

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

operational-amplifier analog feedback

— มิสเตอร์Mystère
แหล่งที่มา

มีทฤษฎีบทที่อธิบายวิธีการทั่วไปในการวิเคราะห์วงจรด้วยการป้อนกลับแบบใดเป็นสิ่งที่คุณต้องการหรือไม่

— Vladimir Cravero

มีคำอธิบายที่ชัดเจนเกี่ยวกับการใช้งาน op-amp ขั้นพื้นฐานในเว็บไซต์นี้ที่ไหนสักแห่งฉันแค่หามันไม่เจอ สมาชิกที่มีประสบการณ์มากขึ้นของไซต์อาจเชื่อมโยงที่นี่ดังนั้นฉันจะเพิ่มความคิดเห็นนี้: พอเพียงเพื่อบอกว่าคุณอาจนึกถึง op-amps เฉพาะในแง่ของอินพุตที่พยายามเท่ากัน มันเหมาะสมยิ่งกว่านั้นอีกเล็กน้อย

— scld

ใช่สำหรับคุณทั้งสองคนฉันคิดว่าวิธีการวิเคราะห์โดยทั่วไปนั้นต้องอาศัยความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับพฤติกรรมของ opamps ดังนั้นฉันจึงต้องการพูดถึงทั้งสองอย่างนี้

— นายMystère

1

ในการตอบคำถามคุณจำเป็นต้องรู้ว่าสิ่งใดเชื่อมต่อกับ pos เทอร์มินัล: แหล่งจ่ายแรงดันหรือกระแสอุดมคติ ตัวต้านทานเพิ่มเติมบางอย่าง?

— LvW

@LvW จริง ๆ แล้วมันไม่จำเป็นเนื่องจากโดยทั่วไปแล้วเราถือว่าข้อมูลถูกขับเคลื่อนโดยแหล่งที่มา ถ้าแหล่งจ่ายแรงดันแล้วv_S ถ้ามาในปัจจุบันแล้วi_S ผลลัพธ์ที่หรือไม่ขึ้นกับรายละเอียดเหล่านี้

v = v_{S}

$v = v_S$

i = i_{S}

$i = i_S$

v = - i R

$v = -iR$

v_{o} = 2 v

$v_o = 2v$

— Alfred Centauri

10

Op-amp ทำหน้าที่เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกันและพฤติกรรมของวงจรขึ้นอยู่กับเครือข่ายความคิดเห็น หากข้อเสนอแนะเชิงลบมีอำนาจเหนือวงจรทำงานในภูมิภาคเชิงเส้น มิฉะนั้นถ้าผลตอบรับเชิงบวกครอบงำจากนั้นในพื้นที่อิ่มตัว
ฉันคิดว่าเงื่อนไขหลักการสั้นเสมือนใช้ได้เฉพาะเมื่อความคิดเห็นเชิงลบครอบงำ ดังนั้นหากคุณไม่แน่ใจว่าข้อเสนอแนะเชิงลบมีอำนาจเหนือให้พิจารณา op-amp เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกัน การวิเคราะห์วงจรหาและในแง่ของและ{} จากนั้นใช้สูตรต่อไปนี้แทน คำนวณจากนั้นจึงใช้ขีด จำกัด $V^+ = V^-$ $V^+$ $V^-$ $V_{in}$ $V_{out}$ $V_{o u t} = A_{v} (V^{+} - V^{-})$ $V_{out} = A_v(V^+-V^-)$ $V_{out}/V_{in}$ $A_v\rightarrow\infty$
ตอนนี้ความคิดเห็นสุทธิเป็นลบถ้ามี จำกัด มิถ้าดังนั้นผลตอบรับสุทธินั้นเป็นค่าบวก $V_{out}/V_{in}$ $V_{out}/V_{in} \rightarrow \infty$

ตัวอย่าง:
จากวงจรที่ให้ในคำถาม มี จำกัด และผลป้อนกลับสุทธิเป็นลบ

V^{+} = V_{i n} and V^{-} = V_{o u t} / 2

$V^+ = V_{in}\ \text{and}\ V^- = V_{out}/2$

V_{o u t} = A_{v} (V_{i n} - V_{o u t} / 2)

$V_{out} = A_v(V_{in} - V_{out}/2)$

lim_{A_{v} \to \infty} \frac{V_{o u t}}{V_{i n}} = lim_{A_{v} \to \infty} \frac{A_{v}}{1 + A_{v} / 2} = 2

$\lim_{A_v\rightarrow\infty}\frac{V_{out}}{V_{in}} = \lim_{A_v\rightarrow\infty}\frac{A_v}{1+A_v/2} = 2$

V_{o u t} = 2 V_{i n}

$V_{out} = 2V_{in}$

V_{o u t} / V_{i n}

$V_{out}/V_{in}$

$\mathrm{\underline{Non-ideal\ source:}}$
ในการวิเคราะห์ข้างต้นจะถือว่าเป็นแหล่งแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติ พิจารณากรณีที่เมื่อไม่เหมาะและมีความต้านทานภายในR_s โดยที่ $V_{in}$ $V_{in}$ $R_s$

V^{+} = V_{o u t} + (V_{i n} - V_{o u t}) f_{1} and V^{-} = V_{o u t} / 2

$V^+ = V_{out}+(V_{in}-V_{out})f_1\ \text{ and }\ V^- = V_{out}/2$

f_{1} = \frac{R}{R + R_{s}}

$f_1 = \dfrac{R}{R+R_s}$

V_{o u t} = A_{v} (V_{o u t} / 2 + (V_{i n} - V_{o u t}) f_{1})

$V_{out} = A_v(V_{out}/2+(V_{in}-V_{out})f_1)$

V_{o u t} (1 - A_{v} / 2 + A_{v} f_{1}) = A_{v} f_{1} V_{i n}

$V_{out}(1-A_v/2+A_vf_1) = A_vf_1V_{in}$

lim_{A_{v} \to \infty} \frac{V_{o u t}}{V_{i n}} = lim_{A_{v} \to \infty} \frac{f_{1}}{\frac{1}{A_{v}} - \frac{1}{2} + f_{1}}

$\lim_{A_v\rightarrow\infty}\frac{V_{out}}{V_{in}} = \lim_{A_v\rightarrow\infty}\frac{f_1}{\frac{1}{A_v}-\frac{1}{2}+f_1}$

\frac{V_{o u t}}{V_{i n}} = \frac{f_{1}}{f_{1} - \frac{1}{2}}

$\frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{f_1}{f_1-\frac{1}{2}}$

กรณีที่ 1: $R_s\rightarrow 0,\ f_1\rightarrow 1,\ V_{out}/V_{in}\rightarrow 2$

กรณีที่ 2: $R_s\rightarrow R,\ f_1\rightarrow 0.5,\ V_{out}/V_{in}\rightarrow \infty$

$%case3: R_s \rightarrow \infty,\ f_1 \rightarrow 0,\ V_{out}/V_{in} \rightarrow 0$

เอาต์พุตมี จำกัด ใน case1 และดังนั้น net feedback จึงเป็นลบในเงื่อนไขเหล่านี้ ( ) แต่ที่ความคิดเห็นเชิงลบจะไม่สามารถครอบงำ $R_s < R$ $R_s = R$

$\mathrm{\underline{Application:}}$
Case1 เป็นการทำงานปกติของวงจรนี้ แต่ไม่ได้ใช้เป็นเครื่องขยายเสียงที่มีอัตราขยาย 2 หากเราเชื่อมต่อวงจรนี้เป็นโหลดไปยังวงจรใด ๆ วงจรนี้สามารถทำหน้าที่เป็นโหลดเชิงลบ (ปล่อยพลังงานแทนการดูดซับ)

ต่อจากการวิเคราะห์กระแสผ่าน (จากเข้าสู่ออก) คือ คำนวณความต้านทานเทียบเท่า $R$

I_{i n} = \frac{V_{i n} - V_{o u t}}{R} = \frac{- V_{i n}}{R}

$I_{in}=\frac{V_{in}-V_{out}}{R}=\frac{-V_{in}}{R}$

R_{e q}

$R_{eq}$

R_{e q} = \frac{V_{i n}}{I_{i n}} = - R

$R_{eq} = \frac{V_{in}}{I_{in}} = -R$

วงจรนี้สามารถทำหน้าที่เป็นโหลดความต้านทานเชิงลบหรือมันทำหน้าที่เป็นแปลงเชิงลบความต้านทาน

— nidhin
แหล่งที่มา

ขอบคุณสำหรับคำตอบ. นั่นเป็นวิธีการที่น่าสนใจซึ่งมีข้อได้เปรียบในการทำงานทุกครั้งเพราะเป็นสูตรที่แน่นอนว่า opamp กำลังทำเท่าที่ฉันรู้ คุณสามารถวิเคราะห์วงจรข้างต้นด้วยวิธีการนั้นเพื่อให้เราสามารถเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้กับวิธีอื่นได้หรือไม่?

— นายMystère

@ MisterMystèreไม่จำเป็นต้องวิเคราะห์วงจรในคำถาม มีการกำหนดความสัมพันธ์ของอินพุตและเอาต์พุตแล้ว แต่ให้ฉันลอง ...

— nidhin

สุจริตฉันใช้วงจรสุ่มจากภาพ Google เพื่อแสดงคำถามและใช้เป็นตัวอย่าง ฉันไม่มีปัญหาเฉพาะนี่คือเพื่อปรับปรุงส่วนบุคคล แต่เมื่อเห็นว่าคนอื่น ๆ ได้พัฒนาวิธีการของพวกเขาฉันต้องการเปรียบเทียบพวกเขา

— นายMystère

1

@ MisterMystèreขอบคุณและ LvW สำหรับการชี้ให้เห็นข้อผิดพลาด Case3 ควรจะ0 มันไม่ได้ไปสู่ความอิ่มตัว ลองจำลองนี้

V_{o u t} / V_{i n} \to 0

$V_{out}/V_{in}\rightarrow 0$

— nidhin

1

@ MisterMystèreและ nidhin, วงจร nidhin ได้จำลองและเชื่อมโยงกับการตรวจสอบกรณีที่ 3 มี op-amp 'คว่ำ'; ขั้วอินพุตของ op-amp นั้นอยู่ตรงข้ามกับวงจรด้านบน วงจรจำลองมีความเสถียรสำหรับและไม่เสถียรสำหรับซึ่งตรงกันข้ามกับวงจร NIC ที่วิเคราะห์อย่างแม่นยำ การวิเคราะห์ข้างต้นสำหรับกรณีที่ 3 ไม่ถูกต้องและวงจรจำลองไม่ใช่การวิเคราะห์วงจร i.stack.imgur.com/gcuEi.png

R_{S} > R

$R_S > R$

R_{S} < R

$R_S < R$

— Alfred Centauri

13

opamp เปลี่ยนพฤติกรรมอย่างไรขึ้นอยู่กับความคิดเห็น?

เหมาะพฤติกรรม opamp เองก็ไม่เปลี่ยนแปลง; มันเป็นพฤติกรรมของวงจรที่แตกต่าง

สิ่งที่อยู่ในสายของแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มนั้นเพิ่มข้อผิดพลาดแทนที่จะลดลงในกรณีที่มีข้อเสนอแนะ +?]

มันถูกต้องเท่าที่มันจะไป หากเรารบกวน (หรือรบกวน ) แรงดันอินพุตความคิดเห็นเชิงลบจะทำหน้าที่ลดทอนสัญญาณรบกวนในขณะที่สัญญาณตอบรับเชิงบวกจะทำหน้าที่ขยายการรบกวน

เราจะวิเคราะห์วงจรที่มีทั้งคู่อยู่ได้อย่างไร

ตามปกติทึกทักเอาว่ามีความคิดเห็นเชิงลบสุทธิซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ไม่ได้กลับด้านและการกลับด้านเท่ากัน จากนั้นตรวจสอบผลลัพธ์เพื่อดูว่ามีความคิดเห็นเชิงลบอยู่หรือไม่

ฉันจะสาธิตโดยการแก้วงจรตัวอย่างของคุณ

เขียนโดยการตรวจสอบ

v_{+} = v_{o} + i R

$v_+ = v_o + iR$

v_{-} = v_{o} \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{1}} = \frac{v_{o}}{2}

$v_- = v_o \frac{R_1}{R_1 + R_1} = \frac{v_o}{2}$

ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าทั้งสองให้เท่ากันและแก้

v_{o} + i R = \frac{v_{o}}{2} \to v_{o} = - 2 R i

$v_o + iR = \frac{v_o}{2} \rightarrow v_o = -2Ri$

ซึ่งแสดงถึง

v_{o} = 2 v_{+} = 2 v

$v_o = 2v_+ = 2v$

นี่เป็นสิ่งที่ดีเพราะเราคาดหวังว่านี่คือแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านและแน่นอนว่าเราได้รับแรงดันไฟฟ้าเป็นบวก ที่น่าสนใจที่มีความต้านทานการป้อนข้อมูลที่เป็นลบ: -R $\frac{v}{i} = -R$

อย่างไรก็ตามหากเราเพิ่มตัวต้านทานเพิ่มเติมในอนุกรมด้วยอินพุตเราสามารถพบปัญหา $R_S$

ในกรณีดังกล่าวสมการสำหรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ไม่กลับเข้าที่จะกลายเป็น

v_{+} = v_{S} \frac{R}{R_{S} + R} + v_{o} \frac{R_{S}}{R_{S} + R}

$v_+ = v_S \frac{R}{R_S + R} + v_o \frac{R_S}{R_S + R}$

ซึ่งแสดงถึง

v_{o} = \frac{2 R}{R - R_{S}} v_{S}

$v_o = \frac{2R}{R - R_S}v_S$

โปรดทราบว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเป็นบวกตามที่คาดไว้จากเครื่องขยายเสียงที่ไม่กลับด้าน $R_S < R$

อย่างไรก็ตามเมื่อกำไรแรงดันไฟฟ้าที่เป็นเชิงลบสำหรับไม่ใช่ inverting เครื่องขยายเสียงซึ่งเป็นธงสีแดงที่มีอะไรบางอย่างผิดปกติกับสมมติฐานของเรา $R_S > R$

ข้อสันนิษฐานที่ผิดคือมีข้อเสนอแนะเชิงลบในปัจจุบันและเป็นข้อสันนิษฐานที่ทำให้เราสามารถตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ไม่กลับด้านและย้อนกลับได้เท่ากันในการวิเคราะห์

โปรดทราบว่าแรงดันไฟฟ้าจะเข้าสู่อนันต์เมื่อเข้าใกล้จากด้านล่าง อันที่จริงไม่มีความคิดเห็นสุทธิเมื่อ ; การตอบกลับเชิงลบและบวกยกเลิก นี่คือ 'ขอบเขต' ระหว่างการตอบรับเชิงลบสุทธิและการตอบรับเชิงบวกสุทธิ $R_S$ $R$ $R_S = R$

วิธีการรับธงแดงนี้ใช้ได้ตลอดเวลาเพื่อกำหนดขีด จำกัด ระหว่างความคิดเห็นสุทธิบวกและลบ?

สิ่งที่ฉันทำในกรณีนี้คือการสร้างสมมติฐานแก้วงจรภายใต้สมมติฐานนั้นและตรวจสอบวิธีการแก้ปัญหาเพื่อความสอดคล้องกับสมมติฐาน นี่เป็นเทคนิคที่ใช้ได้จริง

ในกรณีนี้มีสมมติฐานว่ามีการตอบรับเชิงลบสุทธิซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลการป้อนข้อมูลของ op-amp นั้นเท่ากัน

เมื่อเราแก้ไขวงจรในกรณีที่ 2 เราพบว่าสมมติฐานลบความคิดเห็นสุทธิจะใช้ได้เฉพาะเมื่อR หากไม่มีการตอบรับหรือผลบวกดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลที่จะ จำกัด แรงดันไฟฟ้าของเทอร์มินัลอินพุตให้เท่ากัน $R_S \lt R$ $R_S \ge R$

ตอนนี้มันอาจจะไม่เป็นที่ชัดเจนว่าทำไมมีข้อเสนอแนะในเชิงบวกเมื่อR เรียกคืนการตั้งค่าเพื่อรับสมการความคิดเห็นเชิงลบ: $R_S \gt R$

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ที่นี่เราจะลบแรงดันขาออกเวอร์ชั่นที่ปรับขนาดแล้วป้อนความแตกต่าง นี้เข้ากับอินพุตของเครื่องขยายเสียง $V_{in} - \beta V_{out}$

เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้ถือว่าเป็นบวกเพื่อให้มีความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าอินพุตและสัดส่วนที่ปรับขนาด $\beta$

ผลลัพธ์ที่รู้จักกันดีคือ

V_{o u t} = \frac{A_{O L}}{1 + β A_{O L}} V_{i n}

$V_{out} = \frac{A_{OL}}{1 + \beta A_{OL}} V_{in}$

และในขอบเขตของการได้รับอนันต์ $A \rightarrow \infty$

V_{o u t} = \frac{1}{β} V_{i n}

$V_{out} = \frac{1}{\beta}V_{in}$

เปรียบเทียบสมการนี้กับผลลัพธ์ของกรณีที่ 2 ด้านบนให้ดูที่

β = \frac{R - R_{S}}{2 R}

$\beta = \frac{R - R_S}{2R}$

จากที่ที่มันทันทีตามที่เรามีความคิดเห็นเชิงลบสุทธิเฉพาะเมื่อR $R_S \lt R$

มีการอภิปรายในความคิดเห็นเกี่ยวกับข้อสรุปสำหรับกรณีที่ 3,ในคำตอบที่ยอมรับ แน่นอนการวิเคราะห์สำหรับกรณีที่ 3 ไม่ถูกต้อง $R_S > R$

ดังที่แสดงไว้ด้านบนหากเราสมมติว่าแรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลอินพุตของ op-amp เท่ากันเราจะหาวิธีแก้ปัญหาที่

v_{o} = \frac{2 R}{R - R_{S}} v_{S}

$v_o = \frac{2R}{R - R_S} v_S$

ทีนี้สมมติว่านั้น $R_S = 2R$

v_{o} = - 2 v_{S}

$v_o = -2v_S$

และในความเป็นจริงเราสามารถตรวจสอบได้ว่านี่เป็นวิธีแก้ปัญหาที่แรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลการป้อนข้อมูลของ op-amp เท่ากัน

v_{+} - v_{-} = 0

$v_+ - v_- = 0$

อย่างไรก็ตามถ้าเรารบกวนการส่งออกเล็กน้อย

v_{o} = - 2 v_{S} + ϵ

$v_o = -2v_S + \epsilon$

แรงดันไฟฟ้าข้ามอินพุต op-amp นั้นถูกรบกวน

v_{+} - v_{-} = \frac{ϵ}{6}

$v_+ - v_- = \frac{\epsilon}{6}$

ซึ่งอยู่ใน 'ทิศทาง' เช่นเดียวกับความวุ่นวาย ดังนั้นนี่ไม่ใช่โซลูชันที่เสถียรเนื่องจากระบบจะ 'วิ่งหนี' จากการแก้ปัญหาหากถูกรบกวน

คมชัดนี้กับกรณีที่<R ตัวอย่างเช่นสมมติ{2} แล้วก็ $R_S < R$ $R_S = \frac{R}{2}$

v_{o} = 4 v_{S}

$v_o = 4v_S$

เรียกใช้เอาต์พุต

v_{o} = 4 V_{S} + ϵ

$v_o = 4V_S + \epsilon$

และพบว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของ op-amp นั้นถูกรบกวน

v_{+} - v_{-} = - \frac{ϵ}{6}

$v_+ - v_- = -\frac{\epsilon}{6}$

นี้อยู่ในทิศทางที่ตรงข้ามเป็นความวุ่นวาย ดังนั้นนี่เป็นวิธีการแก้ปัญหาที่มีเสถียรภาพเนื่องจากระบบจะ 'วิ่งกลับ' เพื่อแก้ปัญหาหากถูกรบกวน

— อัลเฟรดเซ็นทอรี
แหล่งที่มา

ขอบคุณสำหรับคำตอบที่ชัดเจน วิธีการรับธงแดงนี้ใช้ได้ตลอดเวลาเพื่อกำหนดขีด จำกัด ระหว่างความคิดเห็นสุทธิบวกและลบ? ขีด จำกัด นั้นโหดร้ายหรือมีขีด จำกัด พร่ามัวหรือไม่?

— นายMystère

1

@ MisterMystèreฉันจะทำงานในภาคผนวกของคำตอบของฉันเพื่อตอบความคิดเห็นของคุณในภายหลัง

— Alfred Centauri

1

@ MisterMystèreดูภาคผนวกของคำตอบของฉัน

— Alfred Centauri

ขอบคุณอีกครั้งนั่นเป็นคำตอบที่ยอดเยี่ยมจริงๆ มันยากจริง ๆ ที่จะตัดสินใจเลือกคำตอบที่จะยอมรับ แต่ฉันไปเพื่อส่วนใหญ่ของ nidhin เพราะเขาสามารถใช้ชื่อเสียง (นั่นคือหยดน้ำในทะเลสาบสำหรับคุณ) แล้วเจอกันที่ SE

— มิสเตอร์Mystère

2

@ MisterMystère: คุณรู้ไหมว่าคำตอบของ nidhin ไม่ถูกต้องในทุกกรณี? เขาเขียนว่า: "ผลลัพธ์มี จำกัด ใน cas1 และ case3 ดังนั้นผลป้อนกลับสุทธิจึงเป็นค่าลบในเงื่อนไขเหล่านี้" เห็นได้ชัดว่านี่เป็นเท็จสำหรับกรณีที่ 3 ในกรณีนี้วงจรไม่เสถียรและผลลัพธ์ "-2" ไม่ถูกต้อง แต่ opamp กลับกลายเป็นความอิ่มตัว

— LvW

6

มันยังมีประโยชน์ในการวิเคราะห์สถานการณ์เชิงเส้นซึ่งคุณสามารถสันนิษฐานได้ว่า -Vin เท่ากับ + Vin ฉันจะวาดใหม่เพื่อแสดงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ผ่านตัวต้านทานเนื่องจาก OP ได้แสดงไว้ในแผนภาพของเขา "v" อาจถูกสันนิษฐานว่าเป็นแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าและดังนั้นผลของ "R" จึงไม่มีผล:

แผนผัง

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

$V_X = (V_{IN} - V_{OUT})(\dfrac{R2}{R1+R2})+ V_{OUT}$

และนอกจากนี้ยังมี: -

$V_X = V_{OUT}(\dfrac{R4}{R3+R4})$ (เพราะอินพุต op-amp ทั้งสองเหมือนกันนั่นคือยังเป็นการวิเคราะห์เชิงเส้น)

เราได้สูตรสองสูตรสำหรับ : - $V_X$

$V_{OUT}(\dfrac{R4}{R3+R4}) = (V_{IN} - V_{OUT})(\dfrac{R2}{R1+R2})+ V_{OUT}$

เราได้รับการจัดเรียงใหม่: -

$V_{OUT}(-1 +\dfrac{R2}{R1+R2} +\dfrac{R4}{R3+R4})= V_{IN}(\dfrac{R2}{R1+R2})$

การตรวจสอบสติ - ในกรณีปกติเมื่อ R2 ไม่มีที่สิ้นสุดสมการจะเดือดลงไปที่: -

$V_{OUT}(-1 +1 +\dfrac{R4}{R3+R4})= V_{IN}(1)$ และเราเห็นว่า: -

$\dfrac{V_{OUT}}{V_{IN}} = 1+\dfrac{R3}{R4}$ ดังนั้นมันจึงใช้ได้และกลับไปที่สมการ: -

$V_{OUT}(-1 +\dfrac{R2}{R1+R2} +\dfrac{R4}{R3+R4})= V_{IN}(\dfrac{R2}{R1+R2})$ เราเห็นว่า : -

$\dfrac{V_{OUT}}{V_{IN}} = \dfrac{-\dfrac{R2}{R1+R2}}{1-\dfrac{R2}{R1+R2}-\dfrac{R4}{R3+R4}}$

เห็นได้ชัดว่าเราเข้าใกล้ "ปัญหา" (เช่นได้รับไม่ จำกัด ) เมื่อตัวส่วนหัวเป็นศูนย์และสิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อ: -

$\dfrac{R2}{R1+R2} + \dfrac{R4}{R3+R4} = 1$

หวังว่านี่จะสมเหตุสมผล โดยปกติสำหรับการทำงานเชิงเส้นการเพิ่มขึ้นของวงจรจะขึ้นอยู่กับตัวต้านทานทั้งสี่ตัว แต่ถ้าอัตราส่วนของตัวต้านทานอยู่ด้านบน

— แอนดี้อาคา
แหล่งที่มา

ใช่ - ฉันเห็นด้วยกับผลลัพธ์ข้างต้น อย่างไรก็ตามฉันขอแนะนำให้ใช้รูปแบบอื่นของผลลัพธ์: Vout / Vin = + [R2 / (R1 + R2)] / [R4 / (R3 + R4) -R1 / (R1 + R2)] แบบฟอร์มนี้ช่วยให้สามารถวิเคราะห์คุณสมบัติของวงจรได้อย่างรวดเร็ว อัตราขยายจะต้องเป็นค่าบวก (อินพุต + เป็นพลังงาน) และวงจรมีเสถียรภาพตราบใดที่ความคิดเห็นเชิงลบมีอิทธิพล มิฉะนั้นผลลัพธ์จะเป็นค่าลบซึ่งไม่สอดคล้องกัน ขีด จำกัด เสถียรภาพสำหรับ pos ข้อเสนอแนะเท่ากับ neg.feedback

— LvW

@LvW ฉันกำลังดิ้นรนกับการเห็นสูตรของคุณ = Vout / Vin ฉันได้เพื่อน

— Andy aka

ฉันต้องยอมรับว่าฉันไม่เข้าใจเนื้อหาของความคิดเห็นของคุณ ("เพื่อน"?)

— LvW

@LvW เพื่อนเป็นเพียงชื่อที่เป็นมิตร! ฉันไม่เห็นว่าสูตรของฉันจะเท่ากับสูตรของคุณได้อย่างไร!

— Andy aka

เพียงตั้งค่า: 1- [R2 / (R1 + R2)] = [R1 / (R1 + R2)]

— LvW

5

เพราะคำถามคือ: วิธีการวิเคราะห์? นี่คือวิธีการวิเคราะห์วงจรดังกล่าวซึ่งค่อนข้างง่ายและรวดเร็ว:

จากสูตรการป้อนกลับแบบคลาสสิก (H. Black) เรารู้ว่าสำหรับ opamp ในอุดมคติที่มีการวนรอบแบบไม่ จำกัด open-loop gain นั้นง่ายมาก (ดูแผนภาพวงจรที่มีตัวต้านทานสี่ตัวในหนึ่งคำตอบ):

A_{c l} = - \frac{H_{f}}{H_{r}}

$A_{cl} = -\frac{H_f}{H_r}$

( : ปัจจัยการหน่วงไปข้างหน้า; : ปัจจัยป้อนกลับ) $H_f$ $H_r$

ทั้งสองฟังก์ชั่นสามารถหาได้ง่ายจากวงจร:

H_{f} = \frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}}

$H_f = \frac{R_2}{R_1+R_2}$

และ

H_{r} = \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}} - \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}}

$H_r = \frac{R_1}{R_1+R_2} - \frac{R_4}{R_3+R_4}$

ดังนั้นผลลัพธ์คือ

A_{c l} = \frac{\frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}}}{\frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}} - \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}}}

$A_{cl} = \dfrac{\dfrac{R_2}{R_1+R_2}}{\dfrac{R_4}{R_3+R_4}-\dfrac{R_1}{R_1+R_2}}$

เป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การกล่าวถึงว่าข้อดีของวงจรมีดังต่อไปนี้: เราสามารถเลือกระยะขอบเสถียรภาพที่ต้องการและ / หรือใช้ opamps ที่ไม่ได้รับการชดเชยสำหรับค่าอัตราขยายที่ต่ำกว่า (แผ่นข้อมูล:

การจัดชิดขอบ: จากการแสดงออกข้างต้นเราสามารถพิสูจน์ได้ว่ามันเป็นไปได้ที่จะจับคู่ปัจจัยป้อนกลับกับผลบวกวงเปิดที่สอดคล้องกัน เราสามารถพิจารณาวิธีนี้ว่าเป็น "การชดเชยความถี่ภายนอก" ชนิดพิเศษ

ด้วยคำอื่น ๆ : ฉันสามารถเลือกข้อเสนอแนะน้อย (ดีสำหรับความมั่นคง) และ - ในเวลาเดียวกัน - ค่าเล็กน้อยสำหรับการได้รับวงปิด Acl

— LVW
แหล่งที่มา

ขอบคุณสำหรับคำตอบ. ฉันสมมติว่าด้วยวิธีนี้คุณแยกเชิงเส้นออกจากโหมดอิ่มตัวโดย Acl ไปสูงมาก แต่สูงแค่ไหน? คุณสามารถอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีรับปัจจัย Hf และ Hr ที่พูดโดยทั่วไปได้ไหม (ฟังก์ชั่นถ่ายโอนจาก Vo ถึง Vin บนแผ่นอิเล็กโทรดทั้งสอง?)

— นายMystère

2

ในความคิดของฉันการใช้ปัจจัย Hf และ Hr เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการวิเคราะห์วงจร opamp (ซับซ้อนหรือเกี่ยวข้อง) คำจำกัดความดังต่อไปนี้: Hf คือส่วนของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ปรากฎข้ามอินพุต opamp ในกรณีที่เราตั้งค่า Vout = 0 ดังนั้น Hr คือส่วนของแรงดันเอาต์พุตที่ปรากฏข้ามอินพุต opamp (V + - V-) ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าอินพุตถูกตั้งค่าเป็นศูนย์ นี่เป็นเพียงการประยุกต์ใช้ทฤษฎีบทการทับซ้อน

— LvW

ขอบคุณสำหรับคำตอบที่ดีของคุณ แต่ฉันไปหาคำตอบของ nidhin ซึ่งมีรายละเอียดและใช้งานง่ายกว่า คุณพูดถูกเกี่ยวกับแหล่งจ่ายแรงดัน แต่อย่างที่ฉันบอกว่ามันเป็นเพียงตัวอย่างประกอบเท่านั้นฉันไม่รู้ว่าตอนนั้นใคร ๆ ก็จะพยายามแก้ไขมัน ถึงครั้งต่อไป

— มิสเตอร์มิสเตร

ฉันต้องการที่จะเพิ่มบางสิ่งบางอย่างลงในส่วนการให้เหตุผลของคุณ โดยการจับคู่ปัจจัยป้อนกลับและการเพิ่มวงเปิดเราอาจสร้างวงจรการสั่นด้วยตนเองเช่นเดียวกับวงจรที่รู้จักซึ่งมีแอมป์สหกรณ์เชื่อมต่อกับสะพาน Wien

— Shemafied

3

ฉันเข้าร่วมฟอรัมนี้เมื่อวานนี้หลังจากที่ฉันได้พบกับการสนทนาที่น่าสนใจของคุณใน Google

ความคิดของคุณยอดเยี่ยมมากและฉันสนับสนุนพวกเขาอย่างเต็มที่ ประเด็นของฉันคือพวกเขามีพื้นฐานมาจากการวิเคราะห์อย่างละเอียดและบางครั้งอย่างเป็นทางการของวงจร INIC ( มันทำอะไร ) มากกว่าการเปิดเผยปรัชญาของมัน ( ทำไมมันถึงทำเช่นนี้ ) ดังนั้นฉันจะพยายามเติมช่องว่างนั้นด้วยความคิดเห็นของฉัน

เราสามารถพิจารณาวงจรนี้จากสองมุมมอง: ก่อน - เป็นวงจรที่มีเพียงอินพุตและไม่มีเอาต์พุต (โหลดที่มีความต้านทานเชิงลบ) ที่สอง - เป็นวงจรที่มีอินพุทและเอาท์พุท

โหลดเชิงลบ ตั้งแต่ต้นยุค 90 ฉันใช้ความพยายามอย่างมากในการเปิดเผยและอธิบายในมุมมองแรกที่ง่ายและใช้งานง่าย หากคุณสนใจและอดทนพอคุณสามารถทำความคุ้นเคยกับทรัพยากรที่ฉันสร้างขึ้นในเว็บ ฉันอธิบายพวกเขาโดยละเอียดในคำถามสองข้อที่ฉันถามใน ResearchGate - อิมพีแดนซ์ด้านลบคืออะไร และแนวคิดพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังตัวแปลงความต้านทานเชิงลบคืออะไร สำหรับผู้ที่ไม่มีความอดทนในการอ่านทั้งหมดนี่คือคำอธิบายสั้น ๆ

วงจรทำงานเป็นโหลดที่ใช้งาน (แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกที่มีความต้านทานภายใน R) ที่ย้อนกลับกระแสผ่านตัวต้านทาน R (ในภาพต้นฉบับของวิกิพีเดีย) และ "ดัน" กลับไปที่แหล่งอินพุต ด้วยวิธีนี้มันจะแปลงตัวต้านทาน R (แต่เดิมใช้กระแส ) ไปเป็น "ตัวต้านทาน" เชิงลบ -R ( สร้างกระแส ) มันทำเช่นนี้โดยการต่อต้าน (ผ่านตัวต้านทาน) แรงดันย้อนกลับและสูงกว่า (2V) ไปยังแรงดันไฟฟ้าอินพุต (V) นี่คือแรงดันเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานและไม่ได้ใช้ที่นี่ ... แต่ก็ยังมีวงจรที่มีเอาต์พุต ... และถึงแม้ว่ามันจะฟังดูแปลก วงจรทำงานอย่างเดียวกับแหล่งที่มาที่โจมตีแหล่งอินพุต ...

เครื่องขยายเสียงพร้อมเสียงตอบรับแบบผสม ตามฉันนี่คือหัวข้อของคำถามที่ถามที่นี่ ตามที่อธิบายไว้ในความคิดเห็นข้างต้นวงจรนี้เป็นเครื่องขยายเสียงที่มีข้อเสนอแนะเชิงลบซึ่งถูกทำให้เป็นกลางบางส่วนโดยการตอบรับเชิงบวกที่อ่อนแอ แต่ประเด็นคืออะไร

โดยทั่วไปแล้วการตอบรับเชิงบวกจะเพิ่มกำไรของแอมพลิฟายเออร์ไม่สมบูรณ์และใช้ในอดีต (จำความคิดการปฏิรูปของอาร์มสตรอง) แต่ในกรณีของเรา op-amp มีขนาดใหญ่และไม่จำเป็น ถ้าอย่างนั้นจุดประสงค์ของการใช้ความคิดเห็นเชิงบวกคืออะไร

การเก็งกำไรของฉันคือเราสามารถใช้เพื่อลดอัตราส่วน R3 / R4 (ในรูปที่สอง) ในกรณีของ INIC หรือ R2 / R1 ในกรณีของ VNIC (เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับแรงดันอินพุท) เป็นผลให้ตัวต้านทาน R2 และ R3 สามารถต้านทานต่ำ

ในแอปพลิเคชั่นแอมป์นี้เอาต์พุตแอมป์เป็นวงจรเอาท์พุท แต่ดังที่กล่าวมาเครื่องขยายเสียงนี้มีเอาต์พุตอื่น ... และนี่คืออินพุตของมัน ... ดังนั้นวงจรสามารถทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายเสียง 1 พอร์ตที่แปลกใหม่ ...

— นักจินตนาการวงจร
แหล่งที่มา

1

โหลดอิมพิแดนซ์เชิงลบทำให้ฉันนึกถึงมอเตอร์ที่มีการชดเชย IR มากเกินไป โดยปกติหากมอเตอร์ยังคงนิ่งอยู่การใช้แรงบิดตามเข็มนาฬิกาจากภายนอกจะทำให้เกิดการหมุนตามเข็มนาฬิกาแม้ว่าจะช้ากว่าถ้าไม่พยายามนิ่ง อย่างไรก็ตามหากมอเตอร์มีขนาดใหญ่เกินไปการใช้แรงบิดตามเข็มนาฬิกาจะทำให้ทวนเข็มนาฬิกา แปลกมาก.

— supercat

แน่นอน! นี่เป็นวงจรไฟฟ้าเชิงเปรียบเทียบที่ดีมากของวงจร op-amp ด้านบน (INIC) ซึ่ง op-amp กลับด้านปัจจุบันและ "พัด" มันกลับเข้าไปในแหล่งสัญญาณอินพุต ในทางกลับกันถ้ามอเตอร์มีขนาดใหญ่เกินไปเพื่อให้มันเร่งความเร็วในทิศทางเดียวกัน (ตามเข็มนาฬิกา) มันจะทำงานเหมือน VNIC คู่

— นักเพ้อฝันวงจร

เซอร์โวเบรคที่เสียหายมากเกินไป (เสียหาย) เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของ VNIC ระบบเครื่องกลไฟฟ้า (นิวเมติก, ของเหลว) - คุณเพียงแค่เหยียบแป้นเบรกและเซอร์โวก็สามารถทำงานได้เต็มระบบ ฉันจำได้ว่าเมื่อหลายปีก่อนเพื่อนคนหนึ่งของฉันบอกฉันว่าเขาทำรถชนแบบนี้ได้อย่างไร

— นักเพ้อฝันวงจร

1

เราใช้แอมพลิฟายเออร์อิมพิแดนซ์เชิงลบเพื่อสร้างศูนย์ความจุขนาดใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับ microelectrodes แก้วในการตั้งค่าทางสรีรวิทยา เรารู้ว่าผลลัพธ์ควรมีหน้าตาเป็นอย่างไรดังนั้นเราจึงปรับแต่งค่าเพื่อไปที่นั่น สิ่งต่าง ๆ จะสั่นถ้าคุณได้รับมันสูงเกินไปแน่นอน

— Scott Seidman

แม้ว่าคำถามเริ่มต้นจะเกี่ยวกับการรู้พฤติกรรมที่โดดเด่นถ้าทั้งบวกและลบอยู่ในวงจรใด ๆ (อันนี้เป็นเพียงตัวอย่างจริง ๆ แล้วมันเป็นวงจรแรกที่ฉันพบในรูปภาพ Google ... ) น่าสนใจ ขอบคุณ

— มิสเตอร์Mystère

2

@supercat ความคิดเห็นของคุณปลุกความปรารถนาของฉัน (ระงับโดยเจตนาฉัน) เพื่อคิดเกี่ยวกับวงจรโหดร้ายเหล่านี้ :) บางทีคุณอาจจะไม่เชื่อฉัน แต่ฉันคิดถึงพวกเขาตั้งแต่ต้น 90s ... และฉันก็ยังคงคิดต่อไป .. ตอนนี้ฉันต้องการอธิบายว่าอะไรคือความหมายของความจริงที่ว่าวงจรนี้ (INIC) ย้อนกลับทิศทางปัจจุบันและส่งกระแสกลับผ่านตัวต้านทาน เราสามารถสังเกตการณ์สามสถานการณ์:

แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติ (Ri = 0) เชื่อมต่อกับ INIC ไม่มีประโยชน์จากการจัดเรียงนี้เพียงแค่ส่งกระแสย้อนกลับผ่านแหล่งอินพุต (จริงๆถ้าเป็นแบตเตอรี่ที่ชาร์จใหม่ได้จะถูกชาร์จ)

แหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าจริง (มีบาง Ri) เชื่อมต่อกับ INIC วงจรส่งผ่านกระแสย้อนกลับผ่านแหล่งอินพุตสร้างแรงดันตกคร่อม Ri นอกเหนือจากแรงดันภายในและทำให้แรงดันภายนอกเพิ่มขึ้น

แหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าที่แท้จริงและ INIC เชื่อมต่อกับโหลดที่พบบ่อย Rl นี่เป็นแอปพลิเคชั่น INIC ทั่วไปที่เชื่อมต่อกับแหล่งอินพุตขนานกับโหลดทั่วไป INIC เพิ่มกระแสเพิ่มเติมให้กับอินพุตปัจจุบันซึ่งช่วยให้แหล่งสัญญาณเข้า แหล่งที่มาในปัจจุบันของ Howland เป็นแอปพลิเคชั่นทั่วไปของความคิดนี้

ตัวต้านทานเชิงลบ (INIC) และแหล่งอินพุตที่เชื่อมต่อแบบขนานกับโหลดทั่วไป

— นักจินตนาการวงจร
แหล่งที่มา

1

วาดรูปได้ดี นอกหัวข้อ: มันทำให้ฉันประหลาดใจที่ผู้คนยังคงใช้กระดาษสำหรับสิ่งอื่นนอกเหนือจากแบบร่างและการเขียนโดยเฉพาะรอบมุม;) อย่างไรก็ตามคุณอาจต้องการเพิ่มในโพสต์ก่อนหน้าของคุณแทนและลบอันนี้ฟอรั่มนี้ไม่ได้ออกแบบ จากบุคคลเดียวกัน เพียงแค่หัวอ่อนโยนขึ้น

— มิสเตอร์Mystère