อิมพีแดนซ์อินพุตของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน (op amp) ไม่มีที่สิ้นสุดหรือเป็นศูนย์หรือไม่?

11

เป็นการดีที่ความต้านทานอินพุตไม่มีที่สิ้นสุด

แต่ในการคำนวณความต้านทานอินพุต (ริน) ของแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกันผู้เขียนใช้แนวคิดว่าทั้งสองขั้วอินพุตนั้นลัดวงจรซึ่งก็เป็นจริงเช่นกันเนื่องจากการขยายวงเปิดนั้นไม่มีที่สิ้นสุด (ซึ่งในทางกลับกันต้องการความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าของขั้วอินพุตเป็นศูนย์ดังนั้นจึงทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร)

คำถามของฉัน: ทำไมเราจึงพิจารณากระแสอินพุตเป็นศูนย์ในบางกรณี (เนื่องจากอิมพีแดนซ์อินพุตไม่ จำกัด ) และบางครั้งพิจารณากระแส จำกัด ที่ใช้แนวคิดวงจรลัด? มีเหตุผลหรือเป็นแค่ความสะดวกสบาย?

นี่คือแผนภาพวงจรที่ตัดออกจากหนังสือ:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

operational-amplifier amplifier input-impedance

— อิเล็กทรอนิกส์
แหล่งที่มา

1

ไม่ไม่มีจริงสั้น ๆ ระหว่างพวกเขา มันทำให้การคำนวณง่ายขึ้นมาก ในความเป็นจริงการตอบรับจากอุปกรณ์จ่ายกระแสไฟฟ้าเพื่อบังคับให้พินอื่นเป็นค่าเดียวกัน

— winny

3

@winny ถูกต้องโปรดทราบว่าในแผนภาพข้างต้นของคุณยังไม่มีกระแสไหลเข้าสู่ขั้ว + หรือ - ที่นั่นอินพุตเหล่านั้น (ในอุดมคติ) ยังคงมีอิมพีแดนซ์ไม่สิ้นสุด อย่างไรก็ตามในการกำหนดค่านี้มีกระแสไหลในตัวต้านทานอินพุตที่จัดทำโดยตัวต้านทานข้อเสนอแนะและแรงดันไฟฟ้าที่มา เพียงเพราะแอมพลิฟายเออร์มีความต้านทานอินพุตไม่สิ้นสุดไม่ได้หมายความว่าทุกวงจรที่คุณสร้างขึ้นจะมีอิมพีแดนซ์ไม่ จำกัด ที่ขั้วอินพุตของพวกเขา

— John D

"การลัดวงจรเสมือน" นี้ทำให้เข้าใจผิดค่อนข้างเนื่องจากมันแสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าบางส่วนไหลไประหว่าง V + และ V- อินพุต

— TEMLIB

14

คำศัพท์อาจทำให้มือใหม่สับสนได้ คำว่า "virtual short circuit" หมายถึงความจริงที่ว่าในวงจร opamp ที่มีการตอบรับเชิงลบวงจรจะถูกจัดเรียงในลักษณะที่ (นึกคิด) ทำให้แรงดันไฟฟ้าข้ามทั้งสอง opamp อินพุตเป็นศูนย์

เนื่องจากหนึ่งในคุณสมบัติของไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างสองจุดคือแรงดันไฟฟ้าข้ามจุดเหล่านั้นเป็นศูนย์คนที่คิดค้นคำศัพท์นั้นพิจารณา (ฉันเดา) สิ่งที่ใช้งานง่ายเพื่อเรียกสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างขั้วอินพุตของ opamp เป็น "เสมือน สั้น". พวกเขาเรียกมันว่า "เสมือน" เพราะมันขาดคุณสมบัติอื่น ๆของสั้น (ในอุดมคติ) จริง: เพื่อฮุบเงินจำนวนใด ๆ ในปัจจุบันโดยไม่มีปัญหา! อนิจจานั่นไม่แตกต่างกันเล็กน้อย! พวกเขาอาจเรียกสิ่งนี้ในลักษณะที่สับสนน้อยกว่า ("หลักการของการปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้า"!?!) แต่ "หลักการสั้นเสมือน" ฟังดูเย็นกว่าอาจจะ! ใครจะรู้?!

ดังนั้นเมื่อเราพูดว่าระหว่างอินพุตทั้งสองมีระยะสั้นเสมือนเป็นเพียงวิธีที่ง่ายและธรรมดาที่จะบอกว่าวงจรพยายามปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้าที่อินพุทนั่นคือมันพยายามทำให้มันเท่ากัน

โปรดสังเกตว่าการดำรงอยู่ของ "เสมือนสั้น" เป็นทรัพย์สินของวงจรไม่ใช่ opamp (แม้ว่ามันจะหาประโยชน์จากผลประโยชน์ที่ไม่มีที่สิ้นสุดของ opamp) ในขณะที่ความจริงที่ว่าไม่มีกระแสไหลเข้าไปในอินพุตเป็นทรัพย์สินของ opamp (นึกคิด)

แก้ไข (ได้รับแจ้งจากความคิดเห็น)

ฉันจะพยายามชัดเจนเกี่ยวกับสิ่งที่ฉันพูดไว้ข้างต้น สั้นเสมือนเป็นพิเศษเนื่องจากสองปัจจัยสำคัญรวมกัน: กำไรสูงมาก + ข้อเสนอแนะเชิงลบ

ลองทำคณิตศาสตร์กันบ้างเพื่อโน้มน้าวตัวเรา ลองเรียกและแรงดันไฟฟ้าที่ไม่กลับด้านและอินพุทอินพุทของ opamp ตามลำดับและแรงดันเอาต์พุต opamp ที่แท้จริงในแง่นี้คือแอมพลิฟายเออร์คือโดยที่คือเกนของ open-loop ของ opamp $V^+$ $V^-$ $V_o$ $V_o = A(V^+-V^-)$ $A$

Inverting ความสัมพันธ์ที่คุณได้รับ A ดังนั้นสำหรับจำกัดและอนันต์คุณจะได้รับความแตกต่างระหว่างอินพุตกลายเป็นศูนย์ $V^+-V^-=V_o/A$ $V_o$ $A$

ข้อเสนอแนะเชิงลบมีบทบาทที่ไหน ไม่มีที่ไหนแล้วจนกระทั่งตอนนี้ !!! สิ่งที่จับได้ก็คือopamp ที่แท้จริงต้องการลบ feebdback เพื่อป้องกันเอาท์พุทจาก saturatingซึ่งในกรณีนี้โมเดลเชิงเส้นอย่างง่ายของ opamp (เช่นสูตรที่ได้รับ) จะไม่ใช้งานอีกต่อไปยกเว้นนอกช่วงเวลาเล็ก ๆ ของแรงดันไฟฟ้าอินพุต การกำหนดค่าแบบไม่ย้อนกลับแบบคลาสสิกโดยที่เป็นแรงดันไฟฟ้าอินพุตและเป็นเศษส่วนของเอาต์พุต) $V^+$ $V^-$

สมัครข้อเสนอแนะเชิงลบและคุณจะได้รับแรงดันไฟฟ้าค่าเป็นศูนย์ที่ปัจจัยการผลิตในช่วงที่มีความหมายของแรงดันไฟฟ้าอินพุต

— Lorenzo Donati - Codidact.org
แหล่งที่มา

เพิ่มเมื่อ: การกระทำของเครื่องขยายเสียงในการดำเนินงานเป็นอย่างมากมีขนาดใหญ่กำไรที่สูงมากอินพุตต้านทานค่าเครื่องขยายเสียงคู่กับห่วงความคิดเห็นที่ส่งออกไป inverting ขั้วเป็นอย่างแม่นยำสิ่งที่ผลักดันแรงดันไฟฟ้าอินพุตค่าเป็นศูนย์

— oldrinb

มีศักยภาพเหมือนกันดังนั้นจึงไม่มีแรงดันไฟฟ้า: โหนดของกระแสไฟฟ้าอาจ?

— Magic Smoke

@oldrinb ที่จริงแล้วอินพุตอิมพีแดนซ์ของ opamp ไม่ได้มีบทบาทในการทำให้เกิด virtual short ปัจจัยสำคัญคือกำไรสูงมาก + ข้อเสนอแนะเชิงลบ

— Lorenzo Donati - Codidact.org

5

คำถามที่ดีมากแน่นอน

ฉันคิดว่าสิ่งนี้สามารถตอบได้โดยดูจากวงจรเทียบเท่าของแอมป์สหกรณ์

สำหรับแอมป์สหกรณ์อุดมคติกระแสที่ไหลเข้าสู่ V + และ V- เป็นศูนย์ดังนั้นนี่หมายความว่ารินต้องไม่มีที่สิ้นสุด

เมื่อแอมป์สหกรณ์ในอุดมคติตั้งค่าในการจัดเรียงฟีดแบ็ก (Vout เชื่อมต่อกับ V + หรือ V- อย่างใด) แรงดันไฟฟ้าที่ V + จะเท่ากับ V- ตำราเรียนจำลอง V + ให้เท่ากับ V- โดยทำให้เป็นคำย่อที่นั่น อิมพีแดนซ์อินพุตของ op ampยังไม่สิ้นสุด!

ในชั้นเรียนวงจรของฉันเราไม่ได้ทำเสมือนสั้น ๆ ระหว่างทั้งสองเพราะอาจทำให้สับสน แต่เราเพิ่งพูดว่า V + = V- และใช้มันเป็นสมการเพื่อแก้สิ่งแปลกปลอมอื่น ๆ

— แอดดิสัน
แหล่งที่มา

3

คุณไม่ได้ "ทำ" เสมือนสั้น ๆ มันเป็นเพียงแนวคิดที่มีประโยชน์ในการอธิบาย op-amp ในสถานการณ์ความคิดเห็นเชิงลบ "สั้น" ถูกสร้างขึ้นโดย op-amp ทำสิ่งที่ทำได้เพื่อให้ V + = V- โดยสมมติว่าสภาพการทำงานปกติ ถ้า op-amp ทำหน้าที่เป็นผู้รวบรวมด้วย V + และ V- แยกได้ทางไฟฟ้าจาก Vo ดังนั้น V + จะไม่เท่ากับ V- โดยปกติ

— jbord39

ฉันไม่แนะนำให้เชื่อมต่อระหว่าง V + กับ V- จริง ฉันบอกว่าตำราเรียนจำลองสิ่งนี้โดยการสร้าง short short ซึ่งถูกต้อง ด้วยการ "ทำคำย่อเสมือน" ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อหมายถึงการวาดเส้นจาก V + ถึง V- เพื่อแทน V + เท่ากับ V-

— แอดดิสัน

3

"เนื่องจากไม่มีกระแสไหลผ่านรินแรงดันที่ V + ต้องเท่ากับ V-" - นี่ไม่เป็นความจริง เชื่อมต่อ 1k b / w ทั้ง V + และ V- และใส่ V + @ supply supply และ V- ที่กราวด์ ผลลัพธ์จะเป็นรางบวก V + จะไม่เท่ากับ V- เหตุผลที่ V + โดยปกติเท่ากับ V- เป็นเพราะ op-amp ถูกตั้งค่าในการจัดเรียงข้อเสนอแนะซึ่งพยายามที่จะลดความแตกต่าง b / w V + และ V- ประเด็นของฉันคือการใช้สมการที่ไม่มีความเข้าใจเกี่ยวกับจุดประสงค์ของพวกเขาจะทำให้เข้าใจผิด

— jbord39

คุณทำคะแนนได้ดี เหตุผลของฉันที่อยู่เบื้องหลัง V + การเท่ากับ V- นั้นใช้ได้เฉพาะในการจัดการข้อเสนอแนะ ฉันแก้ไขโพสต์ของฉันแล้ว

— แอดดิสัน

3

ในระยะสั้นมีความแตกต่างระหว่างข้อมูลสมรรถภาพของแอมป์สหกรณ์และสมรรถภาพของเครื่องขยายเสียงโดยรวมวงจร แม้แต่ในแง่ของแอมป์ที่คุณแสดงไม่มีกระแสเข้าจริงในแอมป์สหกรณ์ซึ่ง (นึกคิด) มีความต้านทานอินพุตไม่สิ้นสุด

โปรดทราบว่าอินพุตแอมป์ที่แตกต่างจะเห็นอิมพิแดนซ์อินพุตต่างกันซึ่งเป็นข้อเสียเปรียบของการกำหนดค่า

— Scott Seidman
แหล่งที่มา

3

เพียงเพื่อล้างอากาศ ถ้า op-amp ไม่ได้ถูกใช้เป็นตัวเปรียบเทียบ, กล่าวอีกนัยหนึ่งว่ามันมีตัวต้านทานการตอบรับเชิงลบ, มันจะเอาท์พุทความแตกต่างระหว่างอินพุต (+) และ (-) เวลาที่ได้รับเพื่อรักษา (+) และ ( -) อินพุตที่แรงดันไฟฟ้าเดียวกัน ในโลกแห่งความเป็นจริงความต้านทานอินพุตของ op-amp ไม่สามารถไม่มีที่สิ้นสุดหรือเป็นศูนย์โอห์มได้
หากคุณใช้ค่าตัวต้านทานต่ำหรือสูงเกินไป op-amp อาจไม่เสถียรและไม่ทราบค่าแรงดันไฟฟ้าระหว่าง (+) ถึง (-) อินพุต โดยทั่วไปแล้วคุณจะเห็นการออกแบบที่อินพุต (+) ถูกอ้างอิงถึงกราวด์ผ่านตัวต้านทานและ op-amp มีแหล่งจ่ายกำลังสองขั้ว ในกรณีนี้อินพุต (-) จะเป็นกราวด์เสมือนเนื่องจากอินพุต (+) อยู่ที่ศักย์กราวด์
ด้วยแหล่งจ่ายไฟแบบปลายเดี่ยวอินพุต (+) จะเอนเอียงกับตัวต้านทาน 1/2 แรงดันไฟฟ้าดังนั้นเอาต์พุตจึงมีการแกว่งในเชิงบวกและเชิงลบเท่ากัน และใช่ทำกับ feedback feedback อินพุต (-) จะเป็น 1/2 ที่แรงดันไฟฟ้าเช่นกัน สัญญาณใด ๆ จะถูกกำหนดโดยแรงดันไบแอสนี้และขยายตามอัตราส่วนของตัวต้านทานเกนและตัวป้อนกลับ
ต้านทานของอินพุตจะถูกควบคุมโดยค่าของตัวต้านทานที่ใช้ แต่ค่าต่ำสุดและสูงสุดของพวกเขาขึ้นอยู่กับสหกรณ์แอมป์ใช้ CA3140T op-amp มีความต้านทานอินพุต 1.5 Giga ohms ดังนั้นการใช้ตัวต้านทานในช่วง megohm สำหรับอินพุต / ข้อเสนอแนะ op-amp ไม่ได้โหลดตัวต้านทานเพียงพอที่จะรองรับ
ตอนนี้ใช้ LM324 op-amp ที่มีความต้านทานอินพุตต่ำกว่า 1,000 เท่า ตอนนี้คุณจะพบว่าตัวต้านทานข้อเสนอแนะที่มีมากกว่า 100K เริ่มไม่ได้รับการคาดหวังเนื่องจาก op-amp ทำหน้าที่เป็นภาระของตัวเองวางข้อ จำกัด ที่รุนแรงเกี่ยวกับค่าสูงสุดของตัวต้านทานที่สามารถใช้ได้
การประนีประนอมที่ดีคือ JFET op-amps เช่นซีรี่ส์ TL061 / TL071 / TL081 ซึ่งเงียบมากสำหรับการใช้เสียงและมีความต้านทานอินพุต 100 Meg ohms หรือมากกว่านั้น คุณสามารถใช้ตัวต้านทานได้หลายเมกะไบต์โดยไม่มีข้อผิดพลาดมากนัก ข้อเสียเปรียบเล็กน้อยของ JFET op-amps คือความต้องการแหล่งจ่ายไฟแบบไบโพลาร์ที่ +/- 5 โวลต์ถึง +/- 18 โวลต์โดยที่ +/- 12 โวลต์เป็นแบบอย่างของพลังงาน
Op-amps สำหรับการใช้งาน RF นั้นมีอิมพีแดนซ์อินพุตต่ำ (25 ถึง 75 โอห์ม) และอิมพีแดนซ์เอาท์พุทและใช้พลังงาน 5 หรือ 3.3 โวลต์โดยส่วนใหญ่จะมี +/- 5 โวลต์ อิมพีแดนซ์ต่ำนั้นมีความถี่สูงมากบางครั้งสูงถึง 1 GHZ สามารถชาร์จและคายประจุความจุขนาดเล็กของอินพุตและขับสายเคเบิล coax 75 ohm หรือ 50 ohm (หรือคู่บิด) ได้อย่างง่ายดาย กระแสไบอัสในแอมป์สูงดังนั้นสัญญาณสามารถแกว่งไปทางบวกและลบได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องลาก

ฉันสามารถเขียนหนังสือเกี่ยวกับ op-amps แต่คนอื่นมีอยู่แล้วรวมถึงบทความในเว็บไซต์นี้ การผลิตแอมป์แต่ละรุ่นนำเสนอ PDF สำหรับประเภทที่แตกต่างกันที่พวกเขาทำดังนั้นคุณสามารถใช้เวลาหลายปีเพียงแค่อ่านเกี่ยวกับพวกเขา

— Sparky256
แหล่งที่มา