Analyse von Operationsverstärkerschaltungen

Ich versuche, den Strom durch den Lastwiderstand RL zu berechnen, wenn eine Eingangsspannung Vin am oberen linken Anschluss gegeben ist. Ich versuche auch, den maximal möglichen Strom durch RL zu finden, und ich weiß, dass R1 = R4 und R2 = R3.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich nenne die Spannung an den Anschlüssen + und - des Operationsverstärkers V+ bzw. V_. Außerdem nenne ich die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers Vo. Da kein Strom in den negativen Anschluss des Operationsverstärkers fließt, haben wir, dass der Strom durch R1 und R4 gleich ist:

(Vin-V_)/R1=(V_-V0)/R4

und da R1=R4 haben wir Vo=2V_-Vin

Ebenso muss der Strom durch R3 den Strom durch R2 und den Strom durch die Last IL summieren, also haben wir IL = I3-I2 und so

V+/RL = (Vo-V+)/R3-V+/R2

Unter Verwendung der Operationsverstärkerregeln V+=V_ und wir kennen R2=R3, vereinfacht sich dieser Ausdruck zu V+ = -(RL/R3)*Vin, sodass der Strom durch RL IL = V+/RL = -Vin/R3 ist. Von hier aus bin ich mir nicht sicher, was mit der Berechnung des maximalen Stroms durch RL gemeint ist. Da der Operationsverstärker eine endliche Stromversorgung hat, scheint mir die maximale Ausgangsspannung Vo = 12 Volt zu betragen. Dies würde bedeuten, dass die minimale Eingangsspannung Vin = 2 V_-12 Volt beträgt, was zu V+ = -(RL/R3) Vin = (RL/R3) (2 V_-12 Volt) führt. Das Umordnen führt zu einer maximalen Klemmenspannung des Operationsverstärkers von

V+ = 12 Volt*RL/(2RL+R3)

und so ist der maximale Strom IL = V + / RL = 12 Volt / (2RL + R3).

Ist diese Analyse richtig? Ich bin mit Operationsverstärkern nicht sehr vertraut, also hoffte ich, dass jemand dies überprüfen könnte. Eine Sache, die mich abschreckt, ist, dass der Strom durch RL nicht vom tatsächlichen Widerstand der Last abzuhängen scheint. Andererseits hängt der maximale Strom durch RL jedoch vom Widerstand der Last ab. Kann mir jemand erklären warum das so ist oder wo ich einen Fehler gemacht habe?

TIPP: Denken Sie daran, dass Operationsverstärker bestrebt sind, die Eingänge (+) und (-) auf der gleichen Spannung zu halten. Wenn also kein Eingang (Null Volt) vorhanden ist, liegen die Eingänge (+) und (-) bei Null Volt (für bipolare Stromversorgungen).

Antworten (1)

Du hast Recht.

Die Berechnungen für die Analyse von OpAmps werden unter der Annahme durchgeführt, dass sie ideal sind. Tatsächliche Operationsverstärker sind jedoch nicht ideal und werden durch die ihnen zugeführte Vcc begrenzt.

Nehmen Sie zum Beispiel die Verstärkung in der folgenden Schaltung -

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Verstärkung hier ist -(R2/R1).

Vout vs Vin sollte also idealerweise eine gerade Linie sein. Da die Spitzenspannung in der Schaltung jedoch durch Vcc begrenzt ist, kann die Ausgangsspannung niemals |Vcc| überschreiten. Daher wird Vout auf Vcc gesättigt.

Überprüfen Sie dies auf Falstad

Dies geschieht, weil die Operationsverstärker im wirklichen Leben nicht ideal sind.

Um Ihre Frage zu beantworten, versucht der Operationsverstärker, sich normal zu verhalten, solange er nicht auf Vcc trifft, und wenn dies der Fall ist, erhalten Sie den maximalen Strom durch RL.