เหตุใดจึงต้องมีการตอบรับในวงจรแอมป์

ฉันเข้าใจว่าเพื่อให้ op-amp ทำงานได้อย่างถูกต้องต้องใช้ลูปป้อนกลับ DC จากเอาต์พุตไปยังอินเวอร์เตอร์หรืออินพุตที่ไม่กลับหัวกลับหาง (ขึ้นอยู่กับวงจรภายนอก)

วัตถุประสงค์ของการป้อนกลับ DC เมื่อใช้ op-amps คืออะไร? ทำไมมันจึงมีความจำเป็นและผลกระทบที่จะเกิดขึ้นโดยปราศจากมัน?

opamp ในอุดมคติได้รับผลตอบแทนมากมาย มันขยายความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างขา + และ - แน่นอนว่าในความเป็นจริงการได้รับนี้ไม่สิ้นสุด แต่ก็ยังค่อนข้างใหญ่

เอาท์พุทของ opamp (ที่บางขอบเขตยังอินพุต) ถูก จำกัด โดยแหล่งจ่ายไฟเราไม่สามารถออกไปได้มากกว่าแหล่งจ่าย

ถ้าเราเพียงแค่ใส่สัญญาณเข้าไปใน opamp โดยไม่มีการป้อนกลับก็จะทวีคูณพวกมันด้วยอินฟินิตี้และรับเอาท์พุทไบนารี่ (มันจะอิ่มตัวที่รางอุปทาน)

ดังนั้นเราต้องการวิธีการควบคุมกำไร นั่นคือสิ่งที่ข้อเสนอแนะไม่

ข้อเสนอแนะ (DC และ AC) ใช้ส่วนหนึ่งของเอาท์พุทที่ขยายจากอินพุตเช่นการได้รับการ จำกัด มากขึ้นโดยเครือข่ายข้อเสนอแนะซึ่งเป็นที่คาดการณ์และน้อยมากโดยกำไรวงเปิดขนาดใหญ่ (และไม่แน่นอน)

แม้จะอยู่ในวงจร AC เท่านั้นเรายังต้องการข้อเสนอแนะที่ทำงานที่ DC (ศูนย์ Hz) หรือรับจะเป็นเพียงของวงเปิดสำหรับสัญญาณ DC สัญญาณ AC ของคุณแม้ว่าข้อ จำกัด จะล้นด้วย DC open loop gain

คุณรู้อยู่แล้วว่า opamp มีแอมพลิฟายเออร์ลูปเปิดสูงมากซึ่งปกติแล้วจะเป็น 100,000 เท่า ลองดูสถานการณ์ข้อเสนอแนะที่ง่ายที่สุด:

opamp จะขยายความแตกต่างระหว่างและV - : $V_+$$V_-$

$V_{OUT} = 100 000 \times (V_+ - V_-)$

ตอนนี้และV - = V O U Tแล้ว$V_+ = V_{IN}$$V- = V_{OUT}$

$V_{OUT} = 100 000 \times (V_{IN} - V_{OUT})$

หรือจัดเรียงใหม่:

$V_{OUT} = \dfrac{100 000}{100 000 + 1} \times V_{IN}$

นั่นเป็นสิ่งที่ดีเท่า

$V_{OUT} = V_{IN}$

นี่คือผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้า , a $\times$แอมพลิฟายเออร์ 1 ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้เพื่อรับความต้านทานอินพุตสูงและความต้านทานเอาต์พุตต่ำ

ข้อเสนอแนะลดการขยายวงจรโอเพ่นลูปสูงมากถึง 1 โปรดทราบว่าจำเป็นต้องใช้แอมพลิฟายเออร์แบบขยายเพื่อให้V O U Tใกล้เคียงกับV I $\times$$V_{OUT}$$V_{IN}$มากที่สุด

แก้ไข
ตอนนี้โดยใช้เพียงเศษเสี้ยวของแรงดันเอาต์พุตในคำติชมที่เราสามารถควบคุมการขยาย

อีกครั้ง

, $V_{OUT} = 100 000 \times (V_+ - V_-)$

แต่ตอนนี้และV - = R $V_+ = V_{IN}$แล้ว$V- = \dfrac{R1}{R1+R2} \times V_{OUT}$

$V_{OUT} = 100 000 \times (V_{IN} - \dfrac{R1}{R1+R2} \times V_{OUT})$

หรือ:

$V_{OUT} = \dfrac{100000 \times V_{IN}}{\dfrac{R1}{R1+R2} \times 100000 + 1}$

สามารถละเว้นคำว่า "1" ได้

$V_{OUT} = \dfrac{R1+R2}{R1} \times V_{IN}$

โปรดสังเกตว่าในทั้งผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้าและแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่แปลงกลับด้านนี้ปัจจัยการขยายที่เกิดขึ้นจริงของการยกเลิก opamp นั้นมีให้สูงพอ (>> 1)

op-amp ในอุดมคติมีความได้เปรียบอย่างไม่มีที่สิ้นสุดและสิ่งนี้มีประโยชน์น้อยในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อก ข้อเสนอแนะจะใช้เพื่อ จำกัด การได้รับของวงจร คุณสามารถค้นหาตัวอย่างมากมายในบทความวิกิพีเดีย

พิจารณาห่วงข้อเสนอแนะที่เรียบง่าย:

$Vout = A \cdot Vx$

$Vf = F \cdot Vout$

$Vx = Vin - Vf = Vin - FVout$

$Vout = A \cdot Vin - A \cdot F \cdot Vout$

$Av = \frac{Vout}{Vin} = \frac{A}{1+AF}$

ในกรณีของ op-amp อัตราขยายของมันจะกำหนด A: มันจะเป็นฟังก์ชั่นที่น่ารังเกียจเพราะแอมป์เหล่านี้ทำขึ้นเพื่อให้ได้รับความโหดร้ายและจะไม่มีฟังก์ชั่นเชิงเส้นที่ดี โชคดีถ้าคุณดูที่ Av ถ้า A ใหญ่พอมันจะยกเลิก1และจะเหลือ 1 / F เพื่อกำหนดกำไร

ในกรณีของเครื่องขยายเสียงที่ไม่กลับด้านบล็อก F เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าดังนั้นมันจะเป็น 1 / X สิ่งนี้จะกำหนดอัตราขยายของแอมป์เป็น X

ในกรณีของ op-amps จริง A จะไม่สิ้นสุด แต่ใหญ่พอที่จะอนุญาตให้ยกเลิกในสมการการขยาย DC และข้อดีของข้อเสนอแนะนั้นมีมากขึ้นเช่นการเพิ่มแบนด์วิดท์, ความเป็นเส้นตรง, อัตราส่วน S / N และอื่น ๆ ยกตัวอย่างเช่นในวงปิดกำไรจะถูกกำหนดโดยการผกผันของผลตอบรับโดยมีเงื่อนไขว่าการเพิ่มของ op-amp นั้นใหญ่พอ

ที่จริงแล้วตัวต้านทานเพียงตัวเดียวเท่านั้นไม่ได้มีประโยชน์ในฐานะที่เป็นข้อเสนอแนะเนื่องจากมันทำงานเหมือนกับการลัดวงจร ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าไปที่กราวด์ทำให้มันทำงานเหมือนตัวคูณอัตราส่วนคงที่ของปัจจัยเดียวกัน (ด้วยเหตุผลเดียวกันที่กล่าวถึงข้างต้น)

วัตถุประสงค์ของข้อเสนอแนะ DC คือการกำหนดสิ่งที่คุณต้องการให้ op-amp ทำคืออะไรคือแรงดันขาออกของมัน หากไม่มีการส่งออกจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงจนกว่าจะถึงรางไฟฟ้า

สิ่งนี้มีประโยชน์และมีตลาดขนาดใหญ่สำหรับ op-amps ที่เชี่ยวชาญในการทำงานด้วยวิธีนี้เรียกว่า "comparators"

ตัวเปรียบเทียบนั้นง่าย: ถ้าอินพุต + มากกว่า - อินพุตเอาต์พุตคือ + Vcc มิฉะนั้นเอาต์พุตจะเป็น −Vee สัญลักษณ์แผนผังเหมือนกันกับ op-amp และพวกเขาสามารถแม้กระทั่งความพยายามเพียงพอที่จะเกลี้ยกล่อมให้ทำงานในทั้งสองบทบาท แต่ในทางปฏิบัติทั้งสองประเภทมีความเชี่ยวชาญสูงและความพยายามดังกล่าวไม่คุ้มค่าจริงๆ

ด้วยเส้นทางป้อนกลับ DC นั้นแอมป์สามารถเสถียรได้ที่จุดอื่นนอกเหนือจาก "เอาท์พุทที่ยากต่อราง" และโดยทั่วไปวงจรถูกออกแบบมาเพื่อหาจุดนั้น

แทนที่จะคิดเกี่ยวกับมันแบบคงที่ให้คิดเกี่ยวกับ op-amp เป็นผู้รวม เมื่อใดก็ตามที่อินพุต + มากกว่า - อินพุตเอาต์พุตของแอมป์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การเพิ่มขึ้นนี้ควรจะเป็นปัจจัยเข้าใกล้กันในที่สุดก็หยุดเมื่อพวกเขาเท่าเทียมกัน เช่นเดียวกัน + อินพุตที่น้อยกว่า - อินพุตจะทำให้เอาต์พุตตก โดยทั่วไปข้อเสนอแนะต่ออินพุตนั้นเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการสร้างวงจรที่ใช้วิธีนี้

เพาเวอร์แอมป์ข้อผิดพลาดของแหล่งจ่ายไฟทั่วไปไม่มีเส้นทางป้อนกลับ DC:

ฉันรับรองได้เลยว่าแอมป์ตัวนี้ทำงานได้ค่อนข้างดี

เห็นภาพเครื่องขยายเสียงข้อผิดพลาดนี้ควบคุมแปลงเจ้าชู้ Vcomp จะใช้ในการควบคุมรอบการทำงานของสวิตช์ซึ่งควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านตัวเหนี่ยวนำและตัวควบคุม Vout เมื่อ Vcomp เพิ่มขึ้นรอบการทำงานจะเพิ่มขึ้นซึ่งทำให้ Vout เพิ่มขึ้นและ Vcomp จะลดลงเช่นกัน เครือข่ายการชดเชยจะเพิ่มหรือลด Vcomp ในลักษณะควบคุมเพื่อบังคับให้ Vout จับคู่ Vref (ใกล้เคียงกับ opamp ที่จะอนุญาต)

[แน่นอนรถไฟกำลังส่งสัญญาณตอบกลับ DC แต่ฉันพูดนอกเรื่อง :)]

ข้อเสนอแนะ DC ในการใช้ op-amp เนื่องจากความเสถียรและการเพิ่มของ op-amp นั้นสูงเกินไปดังนั้นเราจึงใช้ feedback เพื่อให้ได้รับผลลัพธ์ที่เฉพาะเจาะจง