¿Cómo se hace un op-amp saber donde la tierra es?

Question

A pesar de que he estado trabajando con los op-amps por un tiempo, la siguiente pregunta que no se me ocurrió antes de hoy.

Considera en primer lugar el amp op de la izquierda (a). El terminal negativo está conectado a tierra, y un pequeño voltaje \$V_d\$ se aplica entre el terminal positivo y el suelo. Si la tensión de salida se mide con respecto a la tierra, debe leer \$A \cdot V_d\$.

Ahora, considere el op-amp a la derecha (B). Esta vez, \$V_d\$ se aplica directamente entre el negativo y el positivo terminales, sin referencia a tierra. Si la tensión de salida se mide con respecto a la tierra, él todavía leer \$A \cdot V_d\$? ¿Cómo podría ser esto, ya que esta op-amp no tiene idea de donde la tierra es?

Answer 1

¿Cómo saber nada, donde la tierra es? Tierra es sólo un símbolo que se pegan en el esquemático para hacer más fácil la lectura. Ninguno de los componentes en un circuito normal leer el esquema, por lo que ninguno de ellos sabe donde suelo.

En el caso del op-amp B, la tensión de salida será el voltaje máximo el op-amp de salida se puede (limitada por el suministro de rieles), o el mínimo, dependiendo de la polaridad de la fuente de voltaje en la entrada.

Y construcción de un circuito en la práctica, tendría un problema: no hay camino desde la fuente de voltaje en la entrada a cualquier otra cosa. Como tal, los valores reales no será definido por la corriente de polarización de entrada del op-amp y otros no ideal de los comportamientos, de modo que lo que vas a conseguir es algo extraño que es principalmente una función de los detalles de ese particular op-amp.

Usted probablemente encontrará que es más fácil pensar de op-amps no como la amplificación de la diferencia entre sus terminales. En la práctica, op-amps suelen funcionar con retroalimentación negativa: cuando no lo son, tienden a ser llamados los comparadores. Así, el op-amp intenta ajustar el voltaje de salida tales que las dos entradas son iguales, y por el ideal del amplificador operacional con ganancia infinita, este es exactamente el caso: las entradas estarán siempre en el mismo potencial.

Answer 2

Las corrientes de polarización de entrada se comportan de la siguiente, donde I1 e I2 son las respectivas corrientes de polarización de entrada y I2-I1 es la desviación de entrada actual.

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

El op-amp sólo funcionará correctamente si las entradas están dentro de un determinado rango de modo común (con respecto a Vcc y Vee). Que podría estar muy cerca de los suministros o podría ser un volt o dos de distancia de cualquiera o ambos de suministro.

Como se puede ver en su mano derecha ejemplo, no hay camino para I1+I2, por lo que las entradas se alcanzan rápidamente el suministro de riel (punto en el que las fuentes de corriente deja de ser más o menos ideal).

Es posible que algunos de los op-amps bajo ciertas condiciones, puede suceder que tipo de trabajo pero no es algo que usted debe confiar en. Siempre proporcionar un camino de DC para ambos inversora y no-inversora entradas. El ejemplo anterior proporciona una ruta de acceso para que sólo el desplazamiento de la corriente (I2-I1). El total de la corriente de polarización (I1 + I2) no tiene ninguna ruta.

En cuanto a qué es exactamente el resultado sería - usted puede pensar en él como Avv_d(Vcc+Vee)/2, a pesar de que el voltaje de offset de la op-amp veces la ganancia es normalmente suficiente para saturar la salida en tren, por lo que la baranda del sumador (Vcc+Vee)/2 es una especie de arbitrario. Esperemos que tenga sentido para usted.

Answer 3

Primero de todos, la tierra es el elegido de forma arbitraria punto donde se hace referencia a todos los voltajes en el circuito. En la mayoría de los circuitos simples configuraciones de suelo es elegido como el terminal negativo de la única fuente de suministro o el punto medio de un simétrica de suministro, que es (como se señaló) la forma op-amps están destinados a ser conectados a la red (al menos cuando se trata de las "estándar" circuitos encuentra a menudo en la bibliografía básica).

Así que usted está desconcertado porque la costumbre op-amp modelo tiene un diferencial de entrada pero no de salida se hace referencia a la tierra, de ahí la pregunta: ¿cómo funciona el op-amp saber donde la tierra es? Simplemente no lo sabe, se adivina.

¿A qué me refiero? Los circuitos internos de la op-amp está construido de modo que, idealmente, con cero diferencial de entrada a la de salida se sentaba en un punto a mitad de camino entre el op-amp de suministros.

Si los suministros son simétricas (es decir ±15V) punto de que sólo pasa a ser de tierra (0V), pero sólo si usted eligió la tierra como el punto medio entre los suministros (caso más común).

Por otro lado, si la potencia que el amplificador operacional con una sola fuente de alimentación, decir 15V, la salida va a sentarse en el 7,5 V.

Por supuesto, este es un comportamiento ideal, ya que el sesgo de corrientes, voltaje de offset y rango de modo común tendrá una influencia en el dispositivo real.

Ver también este pasaje de los Amplificadores de Aplicaciones Manual, por Walt Jung, de Analog Devices, capítulo 1, pág.5 (amarillo el énfasis es mío):

Answer 4

Un op-amp no tiene idea de donde la tierra es.

Op-amps son amplificadores diferenciales. Amplifican la diferencia entre las dos entradas y (idealmente) ignorar cualquier voltaje en modo común. No hay ninguna diferencia entre los dos circuitos en el diagrama. Ni el op-amp de salida se hace referencia a tierra. La salida de sesgo punto es probablemente cerca de la mitad de camino entre las dos fuentes. Usted podría medida que tratamos de medir por el cortocircuito de las entradas entre sí, pero que tendrá que ver con la polarización de entrada de voltaje y corriente. Probablemente no vale la pena.

Afortunadamente, usted no tiene que preocuparse acerca de la salida de sesgo de punto o de la "real" de la tensión de referencia, porque a ellos no les importa para cualquiera de un op-amp común de usa. Si usted está utilizando el amplificador operacional como comparador, desea que la salida sea lo más positivo posible o tan negativo como sea posible, incluso para un pequeño diferencial de voltaje. Si usted está utilizando el op-amp en un circuito lineal, se utiliza la retroalimentación negativa, la cual hace que la salida se hace referencia a la entrada positiva.

Física Real de op-amps no son perfectas amplificadores diferenciales, por lo que en la vida real de voltaje de modo común tiene un pequeño efecto en la salida. Como Phil respuesta dice, la construcción de la op-amp importa demasiado. Pero no creo que eso es importante para lo que usted está preguntando acerca de. Op-amps no están integradas a hacer lo que el circuito está tratando de hacer que ellos hacen.

Answer 5

Consulte el siguiente elemental de dibujo de la parte interna del amplificador operacional:

La entrada de los transistores de la necesidad de su base actual - tanto de ellos! La actual es por lo general menos de 1uA. El amplificador operacional se determina a sí mismo cuánto se tarda, pero debe estar disponible y por tanto de entrada debe ser dirigida hacia el interior del transistor. Si se conecta "algo" sólo entre + y - de los insumos, a continuación, las corrientes no pueden ser simultáneamente hacia los transistores debido a que "algo" debe crear nueva carga eléctrica. Es ley de Kirchoff.

En la práctica opamp circuitos el camino para la entrada de corriente de base (=corriente de polarización )es cierta conductora parte entre la entrada y el voltaje de la fuente de ferrocarril o GND. En este caso (ver las flechas en la entrada del transistor emisores)- VE suministro de riel es imposible, ya que el derecho de entrada de la dirección del proveedor actual, pero +VE ferrocarril está bien y también GND si su levantó por encima de la -VE potencial mediante la adición de una batería betveen -VE y GND o por un resitor que está conectado a +VE.

Fet entradas no son mejores. Sin galvánica de la conexión a la otra parte que el "algo" entre las entradas, que pronto deriva hacia el estado indeterminado debido al acumulado de fuga de la carga en las puertas de la fet.