อิมพีแดนซ์อินพุตและเอาต์พุตของ opamp คืออะไร

ฉันไม่เคยเข้าใจอิมพีแดนซ์อินพุตและเอาต์พุตของ op-amp หากใครสามารถอธิบายความหมายของคำศัพท์สองคำนี้ใน op-amp ฉันขอขอบคุณอย่างสูง ขอขอบคุณ!

http://www.eecs.tufts.edu/~dsculley/tutorial/opamps/opamps5.html

operational-amplifier impedance

— user734861
แหล่งที่มา

คำตอบ:

คำตอบสั้น ๆ : อิมพีแดนซ์อินพุตคือ "สูง" (ไม่มีที่สิ้นสุด) อิมพีแดนซ์เอาต์พุตคือ "ต่ำ" (เป็นศูนย์) แต่สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไรและทำไมจึงมีประโยชน์

ความต้านทานคือความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและกระแส เป็นการรวมกันของความต้านทาน (อิสระจากความถี่ตัวต้านทาน) และปฏิกิริยา (ขึ้นกับความถี่ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ) เพื่อให้การอภิปรายง่ายขึ้นเราจะสมมติว่าอิมพีแดนซ์ทั้งหมดของเรานั้นมีความต้านทานอย่างหมดจดดังนั้นอิมพีแดนซ์ = ความต้านทาน

คุณรู้อยู่แล้วว่าความต้านทานนั้นเกี่ยวข้องกับแรงดันและกระแสตามกฎของโอห์ม:

E = I R

$E = IR$

หรืออาจจะ

R = \frac{E}{I}

$R = \frac{E}{I}$

นั่นคือหนึ่งโอห์มหมายความว่าสำหรับแต่ละโวลต์คุณจะได้หนึ่งแอมแปร์ เรารู้ว่าถ้าเรามีความต้านทานของและเรามีปัจจุบันของแล้วแรงดันไฟฟ้าจะต้องเป็น V $100\Omega$ $1A$ $100V$

แนวคิดของความต้านทาน "อินพุต" และ "เอาท์พุท" เกือบเหมือนกันยกเว้นเรามีความกังวลเฉพาะกับการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของแรงดันและกระแส นั่นคือ:

R = \frac{\partial E}{\partial I}

$R = \frac{\partial E}{\partial I}$

หากเรากำลังพูดถึงความต้านทานอินพุตของ op-amp เรากำลังพูดถึงว่าจะมีกระแสไหลออกมามากเท่าไรเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น เพื่อบอกว่าการป้อนข้อมูลเพื่อสหกรณ์แอมป์เป็นและคุณวัดปัจจุบันที่จำเป็นจากแหล่งสัญญาณแรงดันในการพัฒนานี้จะเป็นแล้วคุณจะมีการเปลี่ยนแปลงแหล่งที่มาเช่นที่ปรากฏตัวขึ้นที่สหกรณ์แอมป์และปัจจุบันคือตอนนี้จากนั้นคุณสามารถคำนวณความต้านทานอินพุตของ op-amp เป็น: $1V$ $1\mu A$ $3V$ $2\mu A$

\frac{(3 V - 1 V)}{2 μ A - 1 μ A} = 2 M Ω

$\frac{(3V-1V)}{2\mu A-1\mu A} = 2 M\Omega$

โดยทั่วไปแล้วความต้านทานอินพุตขาเข้าที่สูงมากของ op-amps เป็นสิ่งที่ต้องการเพราะนั่นหมายความว่าต้องใช้กระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยจากแหล่งกำเนิดเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้า นั่นคือ op-amp ไม่ได้ดูแตกต่างจากวงจรเปิดที่ไม่มีกระแสเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากอิมพีแดนซ์ของวงจรเปิดนั้นไม่มีที่สิ้นสุด

ความต้านทานเอาต์พุตเป็นสิ่งเดียวกัน แต่ตอนนี้เรากำลังพูดถึงว่าแรงดันไฟฟ้าที่ชัดเจนของแหล่งกำเนิดเปลี่ยนแปลงไปมากน้อยเพียงใดเนื่องจากต้องการจ่ายกระแสไฟมากขึ้น คุณอาจสังเกตว่าแบตเตอรี่ที่อยู่ภายใต้การโหลดมีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแบตเตอรี่ก้อนเดียวกันที่ไม่ได้อยู่ภายใต้การโหลด นี่คือความต้านทานแหล่งที่มาในการดำเนินการ

$0A$ $50mA$ $4.99V$

- \frac{5 V - 4.99 V}{0 m A - 50 m A} = 0.2 Ω

$- \frac{5V - 4.99V}{0mA - 50mA} = 0.2\Omega$

คุณจะทราบว่าฉันเปลี่ยนสัญลักษณ์ของผลลัพธ์ มันจะสมเหตุสมผลในภายหลัง อิมพีแดนซ์แหล่งกำเนิดต่ำหมายความว่า op-amp สามารถจ่าย (หรือซิงค์) กระแสจำนวนมากโดยไม่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงมากนัก

มีข้อสังเกตบางอย่างที่ต้องทำที่นี่ อิมพีแดนซ์อินพุตของ op-amp ดูเหมือนว่าโหลดอิมพิแดนซ์ของสิ่งที่กำลังพิสูจน์สัญญาณไปยัง op-amp ความต้านทานเอาต์พุตของ op-amp ดูเหมือนว่าอิมพีแดนซ์ต้นทางกับสิ่งที่รับสัญญาณจาก op-amp

แหล่งที่มาของการขับโหลดที่มีอิมพิแดนซ์โหลดค่อนข้างต่ำกล่าวกันว่ามีการโหลดมากและสัญญาณแรงดันไฟฟ้าจะต้องใช้กระแสสูง ในกรณีที่อิมพีแดนซ์แหล่งกำเนิดอยู่ในระดับต่ำแหล่งจ่ายจะสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้านั้นได้โดยไม่ต้องลดแรงดันไฟฟ้า

หากคุณต้องการลดการหย่อนคล้อยของแรงดันไฟฟ้าให้ต่ำสมรรถภาพอิมพีแดนซ์ควรจะน้อยกว่าความต้านทานโหลด นี้เรียกว่าความต้านทานการแก้ เป็นเรื่องปกติที่ต้องทำเพราะเรามักจะแสดงสัญญาณเป็นแรงดันไฟฟ้าและเราต้องการที่จะถ่ายโอนแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ไม่เปลี่ยนแปลงจากขั้นตอนหนึ่งไปสู่อีกขั้น โหลดความต้านทานสูงยังหมายความว่าจะไม่มีกระแสไฟฟ้ามากซึ่งหมายถึงพลังงานที่น้อยลง

op-amp ในอุดมคตินั้นมีอิมพิแดนซ์อินพุตไม่ จำกัด และอิมพิแดนซ์เอาต์พุตแบบศูนย์เพราะมันง่ายที่จะทำให้อิมพิแดนซ์อินพุตลดลง (ใส่ตัวต้านทานแบบขนาน) หรืออิมพิแดนซ์ต้นทางสูงกว่า (ใส่ตัวต้านทานเป็นอนุกรม) มันไม่ง่ายเลยที่จะไปทางอื่น คุณต้องการสิ่งที่สามารถขยาย op-amp เป็นผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้าเป็นวิธีหนึ่งในการแปลงอิมพีแดนซ์แหล่งกำเนิดสูงให้เป็นอิมพีแดนซ์แหล่งกำเนิดต่ำ

สุดท้ายทฤษฎีของThéveninบอกว่าเราสามารถแปลงโครงข่ายไฟฟ้าเชิงเส้นใด ๆ ให้เป็นแหล่งจ่ายแรงดันและตัวต้านทาน:

แผนผัง

$R_{th}$

^{1: มันเป็นไปไม่ได้จริง ๆ เพราะคุณต้องเชื่อมต่อทั้งสองของโวลต์มิเตอร์ของคุณกับวงจรจึงทำให้มันเสร็จสมบูรณ์! แต่โวลต์มิเตอร์ของคุณมีความต้านทานสูงมากดังนั้นจึงใกล้เคียงกับวงจรเปิดที่เราสามารถพิจารณาได้}

— Phil Frost
แหล่งที่มา

ครั้งแรกมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะแยกแยะระหว่างอินพุตและเอาต์พุตความต้านทานของสหกรณ์แอมป์ที่เหมาะสมและอินพุตและเอาต์พุตต้านทานของสหกรณ์แอมป์วงจร

op-amp ในอุดมคติมีความต้านทานอินพุตไม่สิ้นสุด ซึ่งหมายความว่าจะไม่มีกระแสเข้าหรือออกจากขั้วรับเข้าและไม่กลับขั้ว

op-amp ในอุดมคติมีความต้านทานเอาต์พุตไม่เป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าแรงดันเอาต์พุตเป็นอิสระจากกระแสไฟขาออก

จริงแอมป์ทางกายภาพเพียงประมาณอุดมคตินี้และมีความต้านทานอินพุตขนาดใหญ่มากและความต้านทานเอาต์พุตต่ำมาก

เมื่อ op-amp เป็นส่วนหนึ่งของวงจรเช่นแอมป์ตัวกรอง ฯลฯ ความต้านทานอินพุตของวงจรโดยทั่วไปจะแตกต่างจากอิมพีแดนซ์อินพุตของ op-amp ที่เหมาะสม

ในวงจรที่ลิงค์อินพุตนั้นเชื่อมต่อโดยตรงกับอินพุตที่ไม่กลับด้านดังนั้นความต้านทานอินพุตจะไม่มีที่สิ้นสุด (อย่างมีประสิทธิภาพ)

นอกจากนี้เอาต์พุตเชื่อมต่อโดยตรงกับเอาต์พุต op-amp ดังนั้นความต้านทานเอาต์พุตเป็นศูนย์ (โดยประมาณ)

— อัลเฟรดเซ็นทอรี
แหล่งที่มา

ดังนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่าอินพุตอิมพีแดนซ์หมายถึงสิ่งที่ความต้านทาน / อิมพีแดนซ์อินพุตหรือแหล่งที่มามองออกไปข้างนอกในขณะที่อิมพีแดนซ์ของเอาต์พุตหมายถึงสิ่งที่เอาต์พุตของโหลด

— 734861

@ user734861 นั่นเป็นวิธีที่เหมาะสมในการวาง

— Alfred Centauri

แอมป์สหกรณ์มักใช้ในสถานการณ์ที่อินพุตอิมพีแดนซ์ควรมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับอิมพีแดนซ์อื่น ๆ บนพินอินพุทและเส้นทางการป้อนกลับควรทำให้อิมพีแดนซ์เอาต์พุตที่มีประสิทธิภาพน้อยมากเมื่อเทียบกับอิมพิแดนซ์ภายนอก ลักษณะของแอปพลิเคชั่นจะเป็นตัวกำหนดว่าแอมป์สหกรณ์ต้องตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้ดีเพียงใด

— supercat

"อิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำมาก" => แอมป์ส่วนใหญ่มีความต้านทานเอาต์พุตอย่างน้อย 100 Ωและบางส่วนโดยเฉพาะ CMOS / RRIO อยู่ในภูมิภาค 500-800 [[เพราะสิ่งเหล่านี้มักจะใช้ขั้นตอนการส่งออกคล้าย VCCS และเนื่องจากสื่อนำกระแสไฟฟ้าไม่ดี] . ด้วยการวนซ้ำทั่วไปนี้ยังส่งผลให้เกิดความต้านทานเอาท์พุท << 1 Ωอย่างน้อยสำหรับความถี่ต่ำ

— dom0