op-amp รู้ได้อย่างไรว่าพื้นอยู่ที่ใด

แม้ว่าฉันจะทำงานกับ op-amps มาระยะหนึ่งแล้ว แต่คำถามต่อไปนี้ไม่เคยเกิดขึ้นกับฉันมาก่อน

พิจารณา op amp แรกทางด้านซ้าย (A) ขั้วลบเชื่อมต่อกับกราวด์และแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก$V_d$ถูกใช้ระหว่างขั้วบวกและขั้วบวก หากวัดแรงดันเอาท์พุทที่เกี่ยวข้องกับพื้นดินก็ควรอ่าน$A \cdot V_d$.

ตอนนี้ให้พิจารณา op-amp ทางด้านขวา (B) เวลานี้,$V_d$ถูกนำไปใช้โดยตรงระหว่างขั้วลบกับขั้วบวกโดยไม่มีการอ้างอิงกับกราวด์ หากวัดแรงดันเอาต์พุตที่สัมพันธ์กับกราวด์ก็จะยังอ่านอยู่$A \cdot V_d$? เป็นเช่นนี้ได้อย่างไรเนื่องจาก op-amp นี้ไม่ทราบว่าเกิดจากที่ใด

จะทราบได้อย่างไรว่าพื้นดินอยู่ที่ใด กราวด์เป็นเพียงสัญลักษณ์ที่เรายึดติดกับแผนผังเพื่อให้อ่านง่ายขึ้น ไม่มีส่วนประกอบใดในวงจรปกติอ่านแผนผังดังนั้นจึงไม่มีใครรู้ว่าพื้นอยู่ที่ใด

ในกรณีของ op-amp B แรงดันเอาต์พุตจะเป็นแรงดันสูงสุดที่ op-amp สามารถส่งออก (ถูก จำกัด โดยรางจ่ายไฟ) หรือค่าต่ำสุดขึ้นอยู่กับขั้วของแหล่งจ่ายแรงดันที่อินพุต

และการสร้างวงจรดังกล่าวในทางปฏิบัติคุณจะมีปัญหา: ไม่มีเส้นทางจากแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตไปยังสิ่งอื่น ดังนั้นค่าจริงจะมีการกำหนดโดยอินพุตอคติปัจจุบันของ op-amp และพฤติกรรมที่ไม่เหมาะอื่น ๆ ดังนั้นสิ่งที่คุณจะได้รับคือสิ่งที่แปลกซึ่งส่วนใหญ่เป็นหน้าที่ของรายละเอียดของ op-amp นั้น

คุณอาจจะคิดว่า op-amps ง่ายขึ้นไม่ใช่การขยายความแตกต่างระหว่างเทอร์มินัลของพวกเขา ในทางปฏิบัติ op-amps มักจะทำงานโดยมีการป้อนกลับเชิงลบ: เมื่อไม่ได้ใช้พวกเขามักจะถูกเรียกว่า comparators ดังนั้นแอมป์จึงพยายามปรับแรงดันเอาต์พุตที่อินพุตทั้งสองเท่ากันและสำหรับ op-amp อุดมคติที่มีจำนวนอนันต์นี่เป็นกรณี: อินพุตจะมีศักยภาพเท่าเดิมเสมอ

กระแสไบแอสอินพุตทำหน้าที่ดังต่อไปนี้โดยที่ I1 และ I2 เป็นกระแสไบแอสอินพุตตามลำดับและ I2-I1 คือกระแสออฟเซ็ตอินพุต

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

op-amp จะทำงานอย่างถูกต้องหากอินพุตอยู่ในช่วงโหมดทั่วไปที่กำหนด (สำหรับ Vcc และ Vee) นั่นอาจใกล้เคียงกับอุปกรณ์สิ้นเปลืองหรืออาจเป็นโวลต์หรือสองโวลต์จากอุปกรณ์ใดวัสดุหนึ่งหรือทั้งสองอย่าง

อย่างที่คุณเห็นในตัวอย่างทางขวามือของคุณไม่มีเส้นทางสำหรับ I1 + I2 ดังนั้นอินพุตจะเข้าใกล้รางจ่ายไฟอย่างรวดเร็ว (ณ จุดที่แหล่งกำเนิดในปัจจุบันหยุดเป็นอุดมคติในอุดมคติมากขึ้นหรือน้อยลง)

อาจเป็นไปได้ว่าบาง op-amps ภายใต้เงื่อนไขบางอย่างอาจเกิดขึ้นกับการเรียงลำดับของการทำงาน แต่ไม่ใช่สิ่งที่คุณควรพึ่งพา จัดเตรียมพา ธ DC เสมอสำหรับอินพุตที่กลับด้านและไม่กลับด้าน ตัวอย่างข้างต้นให้เส้นทางสำหรับกระแสออฟเซ็ตเท่านั้น (I2-I1) กระแสไบอัสรวม (I1 + I2) ไม่มีเส้นทาง

คุณสามารถคิดว่ามันเป็น Av v_d (Vcc + Vee) / 2 แม้ว่าแรงดันออฟเซ็ตของ op-amp คูณกำไรที่มักจะเพียงพอที่จะอิ่มตัวเอาท์พุทที่รางทั้งสองดังนั้น adder กลางรถไฟ (Vcc + Vee) / 2 เป็นประเภทโดยพลการ หวังว่าจะสมเหตุสมผลสำหรับคุณ

op-amp ไม่รู้ว่าจุดกำเนิดอยู่ที่ใด

Op-amps เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกัน พวกเขาขยายความแตกต่างระหว่างสองอินพุตและ (นึกคิด) ละเว้นแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปใด ๆ ไม่มีความแตกต่างระหว่างวงจรทั้งสองในแผนภาพของคุณ เอาต์พุตของ op-amp ไม่ได้อ้างอิงถึงกราวด์ จุดไบอัสเอาท์พุทน่าจะใกล้เคียงกับกึ่งกลางระหว่างวัสดุสิ้นเปลืองทั้งสอง คุณสามารถวัดความพยายามในการวัดได้ด้วยการลัดวงจรอินพุตเข้าด้วยกัน แต่คุณจะต้องจัดการกับแรงดันไบอัสอินพุตและกระแสไฟฟ้าด้วย มันอาจจะไม่คุ้มกับปัญหา

โชคดีที่คุณไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับจุดไบอัสเอาต์พุตหรือแรงดันอ้างอิงแบบ "ของจริง" เพราะมันไม่สำคัญสำหรับการใช้งานทั่วไปของแอมป์อย่างใดอย่างหนึ่ง หากคุณใช้ op-amp เป็นเครื่องมือเปรียบเทียบคุณต้องการให้เอาต์พุตเป็นบวกมากที่สุดหรือเป็นลบมากที่สุดแม้จะเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ต่างกันเล็กน้อย หากคุณใช้ op-amp ในวงจรเชิงเส้นคุณจะใช้ผลป้อนกลับเชิงลบซึ่งทำให้เอาต์พุตถูกอ้างอิงไปยังอินพุตบวก

op-amps ทางกายภาพที่แท้จริงไม่ใช่แอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกันที่สมบูรณ์แบบดังนั้นในชีวิตจริงของแรงดันไฟฟ้าในโหมดทั่วไปจึงมีผลเพียงเล็กน้อยต่อเอาต์พุต ดังที่คำตอบของฟิลกล่าวไว้การสร้าง op-amp นั้นมีความสำคัญเช่นกัน แต่ฉันไม่คิดว่ามันสำคัญสำหรับสิ่งที่คุณถาม Op-amps ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อทำในสิ่งที่วงจรของคุณพยายามทำให้มันทำ

ดูภาพวาดเบื้องต้นของ internals ของ opamp:

ทรานซิสเตอร์อินพุทต้องการกระแสไฟฟ้าพื้นฐาน - ทั้งคู่! ปัจจุบันมักจะน้อยกว่า 1uA opamp กำหนดตัวเองว่าเขาต้องใช้เวลาเท่าไร แต่ต้องมีให้พร้อมและสำหรับอินพุตทั้งสองนั้นจะต้องถูกนำไปที่ด้านในทรานซิสเตอร์ หากคุณเชื่อมต่อ "บางอย่าง" ระหว่าง + และ - อินพุตเท่านั้นกระแสจะไม่สามารถไปยังทรานซิสเตอร์ได้พร้อมกันเพราะ "บางสิ่ง" ควรสร้างประจุไฟฟ้าใหม่ มันเป็นกฎหมายของ Kirchoff

ในทางปฏิบัติวงจร opamp ทางสำหรับกระแสฐานอินพุต (= กระแสไบแอส) คือส่วนนำไฟฟ้าระหว่างอินพุตและรางจ่ายไฟหรือ GND ในกรณีนี้ (ดูลูกศรในตัวปล่อยทรานซิสเตอร์อินพุต) รางจ่าย -VE เป็นไปไม่ได้เนื่องจากทิศทางที่ถูกต้องของซัพพลายเออร์ปัจจุบัน แต่ราง + VE นั้นใช้ได้และ GND ถ้ายกขึ้นเหนือศักยภาพ -VE โดยการเพิ่มแบตเตอรี่ betveen -VE และ GND หรือโดย resitor ที่เชื่อมต่อกับ + VE

อินพุตของ Fet นั้นไม่ดีกว่า หากไม่มีการเชื่อมต่อกัลวานิกไปที่อื่นนอกเหนือจาก "บางสิ่ง" ระหว่างอินพุตพวกเขาก็ล่องลอยไปสู่สถานะที่ไม่บึกบึนเนื่องจากการรั่วไหลของประจุสะสมเข้าไปในประตูของเฟต

อย่างแรกคือกราวด์เป็นจุดที่เลือกโดยพลการซึ่งคุณอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดในวงจร ในกราวด์การตั้งค่าวงจรอย่างง่ายที่พบมากที่สุดนั้นถูกเลือกเป็นขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟเดี่ยวหรือจุดกึ่งกลางของแหล่งจ่ายสมมาตรซึ่งก็คือ (ตามที่คุณระบุไว้) วิธีที่ op-amps ตั้งใจจะขับเคลื่อน (อย่างน้อยเมื่อ การจัดการกับวงจร "มาตรฐาน" มักพบในวรรณกรรมพื้นฐาน)

คุณงงเพราะแบบจำลองแอมป์ทั่วไปมีอินพุตที่แตกต่างกัน แต่เอาต์พุตนั้นอ้างอิงถึงกราวด์ดังนั้นคำถาม: op-amp รู้ได้อย่างไรว่าพื้นอยู่ที่ใด มันก็ไม่ทราบว่ามันคาดเดา

ฉันหมายถึงอะไร วงจรภายในของ op-amp ถูกสร้างขึ้นเพื่อให้เป็นไปอย่างสมบูรณ์แบบโดยไม่มีอินพุตที่ต่างกันเอาต์พุตจะอยู่ที่จุดกึ่งกลางระหว่างเสบียงของ op-amp

หากอุปกรณ์ที่มีสมมาตร (พูด± 15V) จุดที่เพิ่งเกิดขึ้นเป็นพื้นดิน (0V) , แต่ถ้าคุณเลือกที่พื้นดินเป็นจุดกึ่งกลางระหว่างวัสดุสิ้นเปลือง (สถานการณ์ที่พบมากที่สุด)

ในอีกด้านหนึ่งถ้าคุณจ่ายไฟให้กับแอมป์ด้วยแหล่งจ่ายไฟเดียวกล่าวว่า 15V เอาต์พุตจะอยู่ที่ 7.5V

แน่นอนว่านี่เป็นพฤติกรรมในอุดมคติเนื่องจากกระแสไบอัสแรงดันออฟเซ็ตและช่วงโหมดทั่วไปจะมีผลกับอุปกรณ์จริง

ดูข้อความที่ตัดตอนมาจากคู่มือแอปพลิเคชันแอมป์แอมป์โดย Walt Jung จากอุปกรณ์แอนะล็อกตอนที่ 1 , p.5 (เหมืองเน้นสีเหลือง):

นี้จะกลายเป็นที่ชัดเจนมีข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับinternals (วิกิพีเดีย)

นั่นคือรูปแบบเก่าของอินพุตไบโพลาร์ - ทรานซิสเตอร์ กระแสไบแอสอินพุตปานกลาง (ไมโครแคมป์บางตัว) ไหลผ่านทรานซิสเตอร์ไปยังรางจ่ายลบ / บวก

อินพุต FET และ JFET มีกระแสอินพุตที่เล็กกว่ามาก แต่ยังคงมีการอ้างอิงกับแหล่งจ่าย - ข้ามประตูฉนวนของ FET

อาจมีไดโอดป้องกันอินพุต

มันไม่ได้และถ้าคุณไม่ต่อสายดินตัวใดตัวหนึ่งแรงดันขาออกจะไม่สามารถระบุได้ ทำไม? เนื่องจากกระแสไบอัสอินพุต Opamps ไม่สมบูรณ์พวกเขาต้องการกระแสไฟฟ้าเล็กน้อย กระแสไบอัสอินพุตอาจแตกต่างกันไปในแต่ละอุปกรณ์

ถ้ากระแสไบแอสอินพุตมีขนาดเล็กพอและอิมพีแดนซ์อินพุตสูงกระแสอื่น ๆ สามารถกำหนดได้ว่าแรงดันไฟฟ้าในขั้วคืออะไร

หากคุณทำการตรวจจับใด ๆ คุณจำเป็นต้องต่อสายดินด้านหนึ่งของอาคาร

เทอร์โมคับเปิลเหมือนกับแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า แต่ถ้าคุณไม่อ้างอิงกับกราวด์มันอาจลอยได้ทุกที่ ในตัวอย่าง (a) แรงดันไฟฟ้าระหว่างเทอร์มินัลคือแรงดันไฟฟ้าของเทอร์โมคับเปิล (และของแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า) แต่แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นร่วมกับขั้วทั้งสองอาจเป็น 0V, 1V, -2.3V แทบทุกที่

เนื่องจากไม่มีความคิดเห็นเชิงลบเอาต์พุตจะเป็น:

Vo = + Vcc (ถ้า V +> V- เช่นเดียวกับในแผนภาพที่คุณให้ไว้) Vo = -Vee (ถ้า V + <V- เช่นถ้าคุณกลับขั้วอินพุต Vd)

พิจารณาพวกเขาว่าเป็น op-amps ในอุดมคติ (และไม่ว่ามันจะใช้แบบไหน - ถ้าเป็น single หรือ dual) นี่เป็นอิสระจาก Vcc และ Vee แต่สิ่งนี้คือ: ระบบไม่ต้องการ "กราวด์" ในการทำงานเพราะมันทำงานกับความต่างศักย์ระหว่างทั้งคู่

หลายเดือนที่ผ่านมาฉันต้องสร้าง "หุ่นยนต์ดอกไม้" ที่รับรู้แสงซึ่งชี้ไปยังแหล่งกำเนิดแสงที่แข็งแกร่งที่สุด มันใช้สี่ LDR - หนึ่งคู่สำหรับการค้นหาขึ้น / ลงและหนึ่งคู่สำหรับการหมุนในแนวนอน LDR แต่ละตัวเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสและให้ความต่างศักย์กับแอมป์รวม

หนึ่งในปัญหาที่ฉันต้องเผชิญคือ op-amp เป็นหนึ่งในประเภทแหล่งจ่ายคู่ (TL084) ฉันต้องการ +/- 9V เป็นแหล่งที่มาและฉันสามารถมีเพียงหนึ่งแบตเตอรี่ ดังนั้นฉันใช้ ICL7660 inverting แหล่งที่มาเปลี่ยน (พวกเขาเปลี่ยน + 9V เป็น -9V); แต่ปัญหาคือกระแสอินพุตเป็นเช่นนั้นแรงดันเอาท์พุทลดลง (หรือเพิ่มขึ้น) ถึง -6V และในขณะที่ป้อนแอมพลิฟายเออร์รวมกับ 9V และ -6V วงจรไม่สามารถหาพื้นได้อย่างถูกต้อง โปรดดู: ในกรณีนี้กราวด์ควรเป็น "(9V + (-6V)) / 2 = 1.5 V" ... ไม่ใช่ศูนย์ (อันที่จริงกล่าวว่าออฟเซ็ตอยู่ที่ประมาณ 1.5 V)

แต่นั่นเป็นเพราะวงจรนี้ต้องการพื้นดินทั่วไปเพื่อเปรียบเทียบเอาต์พุตกับอินพุตเช่นวัตถุประสงค์ของกระบวนการลบความคิดเห็นเอง ... และพื้นดินทั่วไปนั้นควรเป็นจุดกึ่งกลางระหว่างโหนดแหล่งจ่ายไฟทั้งสอง ในกรณีของวงจรของคุณมันทำหน้าที่เป็นตัวเปรียบเทียบเท่านั้นดังนั้นเอาต์พุตเพียง 9V หรือ -6V ขึ้นอยู่กับขั้วของแหล่งกำเนิดสัญญาณ Vd

ขออภัยถ้าคำตอบของฉันยาวเกินไป! มันเป็นเรื่องที่ยอดเยี่ยมที่จะแบ่งปันประสบการณ์ที่แตกต่างซึ่งอาจช่วยคนอื่น ๆ ได้ ... อันที่จริงแล้ว; นี่คือโพสต์แรกของฉัน! หวังว่ามันจะช่วย!