Gibt es einen Standard-/narrensicheren Weg, um festzustellen, welche Eingangs- oder Ausgangsimpedanz ist?

Tut mir leid, wenn das eine dumme Frage ist, aber ich bin in mehreren Elektronikkursen und kann anscheinend die Eingangs- und Ausgangsimpedanz nicht verstehen, egal wen ich frage.

Ich kann immer die Impedanz zwischen zwei Punkten finden, wenn mir die beiden Punkte gegeben werden und ich alle Widerstands- / Kondensator- / Induktor- usw. Werte zwischen diesen Punkten auf allen möglichen Pfaden zwischen ihnen kenne. Aber wenn ich gebeten werde, die Eingangs- oder Ausgangsimpedanz einer ganzen Schaltung zu finden, habe ich keine Ahnung, was diese beiden Punkte sind. Mein Professor scheint automatisch zu verstehen, welche zwei Punkte in einem bestimmten Beispiel zufällig der Eingangs- oder Ausgangsimpedanz entsprechen, aber für mich scheint es völlig willkürlich zu sein.

Ich verstehe, dass Stromversorgungen und Lasten effektive Impedanzen haben, aber wenn ich mir eine Schaltung ansehe, habe ich oft keine Ahnung, wo die Stromversorgung endet und die Last beginnt, oder ob es überhaupt relevant ist, in Bezug auf Stromversorgungen und Lasten zu denken. .. für mich ist es nur ein Haufen von Komponenten, die zusammengewürfelt werden.

Hier sind einige Beispiele für gelöste Hausaufgaben (Lösungen in Rot):

bearbeitetes hausaufgabenbeispiel mit lösung in rot

Warum beträgt die Eingangsimpedanz der Schaltung in Teil "a" 10k? Offensichtlich gibt es einen 10k-Widerstand am Eingang des Operationsverstärkers, was extrem einfach erscheint, aber auch extrem vage ist. Warum muss ich mir keine Sorgen um den 500k-Widerstand machen? Warum sollte es mich interessieren, dass der Eingang einen 10k-Widerstand hat, wenn das Signal auch auf einen 500k-Widerstand und einen Operationsverstärker mit einem enormen Widerstand trifft?

Dann fügen wir in Teil "c" einen weiteren Operationsverstärker hinzu, um den Eingangswiderstand stark zu erhöhen. Jetzt kümmern wir uns plötzlich um den großen Widerstand des Operationsverstärkers, nur weil wir einen Operationsverstärker vor einen anderen stellen.

Es scheint wirklich so einfach zu sein , aber ich habe das Gefühl, ich sage nur: "Ich werfe einfach einen 10k-Widerstand vor diese Schaltung und voila, da hast du einen 10k-Eingangswiderstand, einen schönen Tag." Wenn es wirklich so einfach ist, möchte ich zumindest wissen, warum es eine hilfreiche Idee ist.

Könnte bitte jemand dieses Konzept aufschlüsseln und es mir wirklich erklären, als hätte ich noch nie in meinem Leben Elektrizität gesehen. Aus irgendeinem Grund ist es für andere so offensichtlich, dass sie schreckliche Arbeit leisten, um zu verstehen, wie verwirrt ich bin, und ihre Erklärung wird nicht helfen.

Es hört sich so an, als müssten Sie identifizieren, welcher Punkt die Eingabe ist? Das muss doch gekennzeichnet sein? Wenn nicht, ist es üblich, die Eingänge links und die Ausgänge rechts zu platzieren. Könntest du uns bitte ein Bild von einem Beispiel geben?
Frage: "Ich habe keine Ahnung, was diese beiden Punkte sind". Antwort: Ganz einfach: Die Eingangsimpedanz wird zwischen dem Eingangsknoten und der (gemeinsamen) Masse definiert!
@LvW es ist nicht so einfach, da ein differentieller Eingang Ihrer Aussage widerspricht. Hier spricht Spehro von drei verschiedenen Eingangsimpedanzen: electronic.stackexchange.com/questions/191487/…
@horta, mir ist bekannt, dass die Eingangsimpedanz an einem Port eines Transistors diff. Verstärker hängt vom Signal am anderen Port ab - ich denke jedoch, dass der Fragesteller nach einem "Ein-Port" -Gerät gefragt hat.
Ok, ich habe ein Beispiel bearbeitet und eingefügt. Wir haben andere Beispiele mit mehr als einem Port, aber ich bin zufrieden, wenn ich das obige Problem verstehe.
Der entscheidende Punkt Ihres Operationsverstärkerkurses, den Sie meiner Meinung nach übersehen oder unterschätzt haben, ist die Eigenschaft, dass der Operationsverstärker dazu neigt, beide Eingangsanschlüsse auf dieselbe Spannung zu treiben (in den meisten nützlichen Konfigurationen), und daher, weil der + Anschluss mit Masse verbunden ist dann können Sie das - auch als mit Masse verbunden behandeln (dieses Verhalten wird als virtuelle Masse oder virtueller Kurzschluss bezeichnet). Denken Sie darüber nach und ich schreibe später eine Antwort.
"wenn das Signal auch auf einen 500k-Widerstand trifft" Tut es nicht. Der invertierende Anschluss des Operationsverstärkers verhält sich wie geerdet. Es ist also nur ein 10k-Widerstand gegen Masse.

Antworten (2)

pjc50 fasste die Lösung in Kommentaren zusammen.

Die Eingangsimpedanz ist definiert als die Impedanz, die Sie unabhängig von der Eingangsspannung/dem Eingangsstrom sehen würden. Mit der Tatsache, dass die ideale Operationsverstärkeranalyse beide Eingänge des Operationsverstärkers auf dieselbe Spannung und einen der Eingänge auf Masse fixiert, kann der andere Anschluss als virtuelle Masse behandelt werden. Jetzt haben Sie an dieser virtuellen Masse eine unendliche Stromquelle / -senke. Das heißt, wenn Sie auf der Eingangsseite der Schaltung eine Testeingangsspannung anlegen, werden nur 10 k zu "Masse" angezeigt. 1V/10k=100uAmps. Die Eingangsimpedanz ist die Testspannung dividiert durch den resultierenden Strom, also 1 V/100 uAmps = 10 k. So kommen sie also auf 10k als Eingangsimpedanz.

Wenn Sie die Ausgangsimpedanz bestimmen möchten, können Sie sich das hintere Ende ansehen und versuchen, eine 1-V-Versorgung an der Ausgangsseite des Operationsverstärkers einzuspeisen. Der Ausgang eines Operationsverstärkers kann unendlichen Strom (Pseudo-Masse) liefern oder aufnehmen, sodass Sie im Grunde eine Verbindung vom Ausgangskabel direkt zur Masse haben. Ein Draht direkt an Masse hat 0 Ohm, also ist die Ausgangsimpedanz in diesem Fall 0 (oder sehr niedrig).

Soweit ich das beurteilen kann, kommt Ihre Verwirrung daher, dass Sie nicht verstehen, wie ein idealer Operationsverstärker funktioniert. Die Eingangsseite eines Operationsverstärkers versucht, seine beiden Eingänge auf dieselbe Spannung zu legen, und der Ausgang kann unendlichen Strom liefern/senken, um die gewünschte Spannung zu erzeugen.

Das hat mir gerade eine Offenbarung gegeben, und ich verstehe sogar, warum ich so verwirrt war! Der Schlüssel zu meiner Verwirrung war, dass der Widerstand nicht zwischen 2 Punkten gemessen werden muss; es kann durch einen einzigen Punkt gemessen werden, der "sieht", wie schwierig es ist, in verschiedene Richtungen zu reisen! Dies ist analog zu kartesischen vs. Polarkoordinaten. „Kartesisch“ erfordert zwei Punkte, um den Widerstand zu definieren, ist aber richtungsunabhängig, und „polar“ erfordert einen Punkt, aber eine richtungsabhängige Größe. Ich steckte im „kartesischen“ Modus fest und konnte „polar“ bis jetzt nicht verstehen.
@RyanFranz Richtig, Einzelpunktmessungen können unter der Annahme durchgeführt werden, dass der andere "Punkt" allgemeiner Boden ist. Und Masse ist nichts anderes als eine Referenzspannung, die im Allgemeinen auf 0 V festgelegt wird. Schön, dass es jetzt Sinn macht!

Die OpAmp- Ausgangsimpedanz erklärt, warum OpAmps mit verschiedenen Werten kapazitiver Lasten oszillieren. Sie haben nach der Ausgangsimpedanz gefragt.

Die (mathematische) Standardmethode besteht darin, Itest einzuspeisen, die Berechnung durchzuführen und einen Wert (plus Phasenverschiebung) für Vresult zu bestimmen. Dies funktioniert für Ein- und Ausgänge.

In Zoutput eines OpAmp gibt es 3 Bereiche, die Sie bestimmen können, vorausgesetzt, Sie fügen nach dem idealen Spannungsverstärker einen diskreten Widerstand Rlump ein. Wir werden dies für eine Eins-Verstärkungs-Schaltung tun. 1) Bei sehr niedrigen Frequenzen (unter dem 10-Hz-Rolloff von OpenLoopGain) ist Zout Rout Rlump/AVOL mit einer Phase von 0 Grad. 2) Sobald die AVOL abfällt, ist Zout induktiv. Dieser Induktor schwingt mit einer externen Cload mit und schwingt oder oszilliert oder erzeugt ein Überschwingen bei Rechteckwellensignalen. Um all dies zu vermeiden, fügen Sie einen Widerstand (versuchen Sie es mit 33 Ohm) zwischen dem OpAmp-Ausgangspin und der Cload ein. Der richtige Wert ist berechenbar, zumindest bei niedrigeren Frequenzen, wo PCB- und Via-Induktivität nicht enthalten sein müssen. Bei einer Frequenz, die 10-mal höher ist als die, wo AVOL abzufallen beginnt, hat sich Zout um das 10-fache über den DC-Wert erhöht. Aber die Phasenverschiebung geht jetzt in die Mathematik ein. 3) über UGBW, Genau dort, wo Sie möchten, dass der OpAmp weiterhin LowPasFilter-Rollout bereitstellt, sodass Sie weiterhin diese 20 dB / Dekade zusätzliche Filterung erhalten, wird der Zout unvorhersehbar abhängig von der genauen Schaltung der Ausgangstransistoren im OpAmp. Und abhängig von bipolaren oder MOS-Bauelementen. Wenn Sie diese Dämpfung benötigen, um über den 0-dB-Verstärkungspunkt hinaus fortzufahren, müssen Sie RC-Filter außerhalb des OpAm einbauen.

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