Ausgangsspannung eines Operationsverstärkers

Idealerweise ist die Ausgabe immer gesättigt. Dies liegt daran, dass ein idealer Operationsverstärker eine unendliche Verstärkung hat.

Hier in der realen Welt gibt es einige Probleme mit dieser Schaltung:

1. Es gibt immer ein gewisses unvermeidliches Rauschen bei jedem Signal. Wenn die Temperatur nahe an der Schwelle liegt, bewirkt dieses Rauschen, dass das Temperatursignal zwischen Über- und Unterschreitung der Schwelle hin und her geht. Dadurch erscheint der Ausgang des Operationsverstärkers auf einem Zwischenpegel.

   Wenn das Rauschen schnell genug ist, liegt der Ausgang des Operationsverstärkers aufgrund der endlichen Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung die meiste Zeit tatsächlich auf einem Zwischenpegel. Anders ausgedrückt, der Operationsverstärker kann nicht sofort von ganz hoch auf ganz niedrig gehen. Wenn Sie es schneller herumreißen, als es reagieren kann, wird es die meiste Zeit damit verbringen, hin und her zu gehen, ohne in eines der beiden Extreme zu geraten.

2. Um eine nützliche Schaltung zu sein, sollte es wirklich eine gewisse Hysterese geben . Dies ist ein wenig positives Feedback. Es erzeugt eine kleine Totzone um die Schwelle herum. Wenn der Schwellenwert beispielsweise auf 0 V eingestellt ist, dauert es möglicherweise +100 mV, um hoch zu werden, wenn er niedrig ist, und dann -100 mV, um niedrig zu werden, sobald er hoch ist. Die Größe des Hysteresebandes sollte ausreichen, um die meisten gewöhnlichen Geräusche abzudecken. Das verhindert den oben in Nr. 1 beschriebenen Fall.

3. Es sollte einen Widerstand in Reihe mit dem Operationsverstärkerausgang oder jeder LED geben. Wenn der Operationsverstärker perfekt wäre, würde er den Ausgang entweder auf +5 V oder -5 V treiben. Das würde die LEDs sprengen. Bei einem echten Operationsverstärker wissen Sie nicht, was beschädigt werden könnte.

   Der richtige Widerstand ermöglicht den gewünschten Strom durch die LEDs. Nehmen wir zum Beispiel an, dies sind typische grüne LEDs, die 2,1 V abfallen, und Sie möchten sie mit 10 mA betreiben. Wenn der Operationsverstärker 5 V ausgibt, fällt der Widerstand um 2,9 V ab. Nach dem Ohmschen Gesetz (2,9 V) / (10 mA) = 290 Ω. Der übliche Wert von 300 Ω wäre dann eine vernünftige Wahl.

Sie haben Recht, es gibt keine negative Rückkopplung, um die Verstärkung zu reduzieren, die normalerweise sehr hoch ist, sagen wir 100k für einen 741-Operationsverstärker. Daher wird es gesättigt. Ein echter Operationsverstärker oder Komparator hat je nach Konstruktion einen Eingangs-Offset, aber sagen wir 5 mV und hängt von vielen Faktoren wie Herstellung, Temperatur und Rauschen ab. Daher wird dies ein begrenzender Faktor für die Genauigkeit sein und wird offensichtlich immer bis zu einem Extrem gesättigt sein.

Um Ihre zweite Frage zu beantworten, verhält sich ein Komparator auf die gleiche Weise, da der Operationsverstärker in Ihrem Diagramm so konfiguriert ist, dass er wie ein Komparator fungiert.