Bestimmung der Impedanzen einer Operationsverstärkerschaltung

Die Operationsverstärker selbst haben keine Ausgangsimpedanz von Null, aber wenn sie mit negativer Rückkopplung konfiguriert sind, tun sie dies.

Unter Verwendung der idealen Operationsverstärkerregeln wäre die Eingangsimpedanz unendlich, da kein Strom durch die Operationsverstärkeranschlüsse fließen kann, da der nichtinvertierende Eingang über Z1 mit der Eingangsspannung verbunden ist.

Das ist ok.

Wenn Sie sich jedoch die Ausgangsimpedanz ansehen, entfernen Sie die Eingangsquelle, indem Sie sie mit Masse kurzschließen, wodurch der nicht invertierende Eingang gleich Masse wird (sowie der invertierende Eingang). Mein Buch sagt, dass die Ausgangsimpedanz 0 wäre, aber ich verstehe nicht, wie das der Fall ist.

Ich finde, dass der 0-V-Eingangsfall weniger hilfreich ist als beispielsweise ein 1-V-Eingangsfall, da es zu einfach ist, Schaltkreise mit 0s überall auszugleichen. Lassen Sie uns 1 V verwenden. Und fügen Sie einen externen R- _Ausgang hinzu , um die Ausgabe offensichtlich nicht ideal zu machen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Abbildung 1. R _out ist die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers.

Fragen Sie sich mit R _out im Schaltkreis, was der Ausgang von OA1 tun muss, um 1 V am invertierenden Eingang zu erhalten? Antwort: Es muss die Spannung an OUT = erhalten$\frac {Z_3}{Z_2+Z_3} V_{IN}$. Das bedeutet, dass der Ausgang des Operationsverstärkers tatsächlich etwas über V _out hinausgehen muss , um den Spannungsabfall am Ausgangswiderstand zu kompensieren.

Es scheint, dass aufgrund der Natur des idealen Operationsverstärkers mit einem Ausgangswiderstand von 0 alle Operationsverstärkerschaltungen einen Ausgangswiderstand von 0 haben würden.

Auch hier ist es nicht der Operationsverstärker selbst, sondern das Feedback, das der Schaltung diese Natur verleiht.

Hilft das?

Nur um der Antwort von Transistor ein wenig mehr hinzuzufügen (ein mathematischer Ansatz).

Sie können es so betrachten. Dies ist das Schaltungsmodell des Operationsverstärkers (mit intrinsischer Ausgangsimpedanz) plus der externen Widerstände:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Offensichtlich von der Schaltung,$V^+=0$. Sie können versuchen, einen Ausdruck für zu finden$\dfrac{V_{\text{test}}}{I_{\text{test}}}$.

Auch$V^-=V_{\text{test}}\dfrac{R_1}{R_1+R_2}$,$I_o=\dfrac{V_{\text{test}}+AV^-}{R_o}$, Und$I_f=\dfrac{V_{\text{test}}}{R_F+R_1}$.

Sie kombinieren diese und erhalten:

Angesichts der Tatsache, dass$A$ist eine wirklich große Zahl (die Open-Loop-Verstärkung des Operationsverstärkers), die$AR_1$Der Begriff dominiert im Nenner.

So,

Erinnere dich daran$G=\dfrac{R_1+R_F}{R_1}=1+\dfrac{R_F}{R_1}$ist die Verstärkung des geschlossenen Regelkreises. Was es erlaubt, dies weiter umzuschreiben als:

Und das nähert sich Null oder einem sehr niedrigen Wert. Wie Sie sehen können, ist die Ausgangsimpedanz bei negativer Rückkopplung sogar kleiner als die intrinsische Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers, da dies der Fall ist$A$ist groß u$G$ist zweifellos viel kleiner. Wenn du es einfach ignorieren würdest$R_o$diese wäre idealerweise null.

Die 90-Grad-Phasenverschiebung der Open-Loop-Verstärkung des OPAMP hat das Ergebnis, dass ein induktives Zout erzeugt wird.

Dieses Zout führt, wenn es mit einem Kondensator geladen wird, zu einem Überschwingen, das möglicherweise gedämpft werden muss.

Ein guter Wert, um zwischen dem OpAMP-Ausgangspin und dem Kondensator zu platzieren, ist R = sqrt(L / C).