¿Por qué los op-amps mantener la amplificación?

Question

Estaba leyendo una vieja copia de Horowitz y de la Colina de El Arte de la Electrónica y estoy tratando de envolver mi cabeza alrededor de amplificadores operacionales en circuitos de retroalimentación negativa.

Como el libro se explica, como el op-amp ve un voltaje positivo en su entrada inversora en relación a su no entrada inversora, unidades de su salida fuertemente negativo, lo que efectivamente se establece un divisor de tensión a lo largo de la resistencia entre la fuente de señal y el op-amp de la entrada inversora, y la resistencia de retroalimentación que corre entre el op-amp de salida a la entrada inversora. La ganancia será tal que la tensión en la entrada inversora es el mismo que el de la no-entrada inversora, que normalmente es de tierra. Por lo tanto la entrada inversora en un circuito de retroalimentación negativa es a veces llamada virtual sobre el suelo.

Ahora si este es el caso, y la inversora y no-inversora entradas son llevados al mismo potencial, no el op-amp dejar de amplificación? Quiero decir, que hay ahora no hay una diferencia de voltaje, así que no hay nada para amplificar.

Sospecho que esto realmente está ocurriendo, pero como el op-amp deja de amplificación, el voltaje de salida se mueve hacia cero, lo que aumenta la tensión en su entrada inversora, lo que desencadena la amplificación de nuevo hasta que el virtual sobre el suelo que se restablezca de nuevo y el ciclo se repite.

Espera, no me acaba de decir que el ciclo se repite? Esto implica es que el voltaje de salida es en realidad oscilante en (probablemente) una muy baja amplitud y alta frecuencia, que, para todos los intentos y propósitos comunes de los circuitos es estable. Es mi entendimiento correcto?

Apuesto a que si he utilizado un condensador para introducir un retraso en la reacción de los op-amp, que podría conseguir de oscilación a una frecuencia más baja.

Answer 1

En primer lugar, el principio de "virtual suelo" puede ser aplicado durante el DISEÑO de amplificador operacional basado en amplificadores. Esto simplifica los cálculos y el error es en la mayoría de los casos es aceptable. Error? Sí - porque siempre hay un diferencial de voltaje entre las dos entradas del amplificador operacional, que es exactamente Vdiff=Vsal/Aol. (Aol=open-loop ganancia del amplificador operacional). Debido a los grandes valores de Aol (1E4...1E6 para bajas frecuencias) este diff. voltaje Vdiff es en el µV gama.

Sin embargo, debido a que esto no es cierto para las grandes frecuencias, el circuito cerrado de ganancia se desviarse del valor calculado para el aumento de frecuencias.

En relación a tu última frase: Sí - la introducción de retraso adicional en los comentarios a la ruta a causa adicional de cambio de fase - y esto puede conducir a la inestabilidad/oscilaciones.

EDIT: "...hasta que el virtual sobre el suelo que se restablezca de nuevo y el ciclo se repite."

Supongo que, con la citada frase que usted está pidiendo algo así como una "secuencia", que lleva a las condiciones de estado estacionario después de la aplicación de una señal de entrada, ¿correcto? De hecho, ésta es una pregunta que merece algunas explicaciones.

Ejemplo: Inversora del amplificador operacional basado en un amplificador con una ganancia de "-2". Entrada: +1V paso (t=0).

En el principio (t>0), la retroalimentación aún no está activa y la salida se dará el salto a la máxima tensión negativa (suministro de riel). Ahora la red de realimentación hace que la inversión de la terminal en negativo - y la salida comienza a ir a tensiones positivas. Sin embargo, esto no va a continuar de nuevo y otra vez, porque el opamp ha interno de demora elementos (causando limitaciones de ancho de banda y el cambio de fase). Que significa: La salida no "saltar" a otros valores, pero se necesita algún tiempo para llegar a la parte superior del riel. Pero, en realidad, el resultado NO va a llegar a la parte superior del riel porque en el camino hacia el positivo máximo de salida de la tensión de salida cruza algunos finito de valores negativos, y para un valor de salida de la aplicación. Vsal=-1.999 V habrá un equilibrio entre la entrada y la salida. Explicación:

Vsal=-1.999 V y Vin=+1V causar una tensión muy pequeña entre los dos resistencias (en el inv. terminal de entrada) que, cuando se multiplica con Aol - es exactamente la supuesta tensión de salida (en el ejemplo: Vsal=-1.999 V.) Este estado de equilibrio es estable.

Answer 2

Ahora si este es el caso, y la inversora y no-inversora entradas son llevados al mismo potencial, no el op-amp dejar de amplificación?

El op-amp amplifica el voltaje a través de (diferencia) de los terminales de entrada independientemente.

El lugar ideal para los op-amp, la ganancia de voltaje \$A\$ es 'infinito' (arbitrariamente grande) por lo tanto, la diferencia de voltaje puede ser arbitrariamente pequeño y el op-amp todavía producen un no-cero de salida.

He aquí un rápido análisis. Conecte la fuente de señal para la no entrada inversora y conectar la entrada inversora a la salida a través de un divisor de voltaje para que

$$v_+ = v_S$$

$$v_- = \alpha \cdot v_O $$

donde \$\alpha\$ está entre 0 y 1.

Entonces, el voltaje de salida está dada por

$$v_O = A(v_+ - v_-) = A(v_S - \alpha \cdot v_O)$$

Por lo tanto,

$$v_O = \frac{A}{1 + \alpha A}v_S$$

y la inversión de la tensión de entrada es

$$v_- = \alpha \cdot v_O = \frac{\alpha A}{1 + \alpha A}v_S$$

y el voltaje de entrada de la diferencia es

$$(v_+ - v_-) = v_S - \frac{\alpha A}{1 + \alpha A}v_S = \frac{v_S}{1 + \alpha A}$$

Así, vemos que, para finito de op-amp gain \$A\$, el voltaje de entrada de la diferencia es pequeña , pero no cero cuando la señal de la tensión de la fuente \$v_S\$ es distinto de cero

Esta diferencia es amplificada por el amplificador operacional, el cual produce un no-cero de la tensión de salida.

Sólo en el límite de \ $A \rightarrow \infty\$ ¿el voltaje de entrada de la diferencia de ir a cero, independientemente pero luego, con infinita',' ganancia, la salida puede todavía ser distinto de cero.