Gleichspannung, aber nicht kurzgeschlossen?

Zur Frage im ersten Absatz

Eine Klarstellung zu meiner vorherigen Aussage. Man muss aufpassen, wie man Dinge erklärt. Wenn Sie davon ausgehen, dass "zwei Knoten durch eine unbekannte Kraft immer auf der gleichen Spannung gehalten werden", dann ist das Problem einfach, nein, es hat keine Auswirkungen - denn wie Sie sagten, werden die beiden Knoten immer auf der gleichen Spannung gehalten nein egal was - dafür müssen sie voneinander unabhängig sein.

Nur weil zwei Knoten die gleiche Spannung haben, bedeutet dies jedoch nicht, dass ein Draht keine Wirkung hat. In einer Schaltung, in der zwei Knoten voneinander abhängig sind, kann ein einfaches Kurzschließen keine Wirkung haben oder nicht. Warum? weil der Draht die Übertragungsfunktion der Schaltung und damit die Beziehung zwischen den beiden abhängigen Knoten ändern kann. Dies ist sicherlich in Operationsverstärkerschaltungen der Fall, in denen Sie Rückkopplungen haben.

Zum zweiten Absatz

Operationsverstärkeranschlüsse werden nicht intern kurzgeschlossen (Sie können sie extern kurzschließen, dies ist jedoch nicht besonders nützlich). Die Spannung ist nicht immer an jeder Klemme gleich - Sie können beispielsweise eine an die eine Versorgungsschiene und die andere an die andere Versorgungsschiene anschließen. Der Effekt, wenn sie nicht gleich sind, besteht jedoch darin, dass der Ausgang Ihres Operationsverstärkers an die eine oder andere der Versorgungsschienen geklemmt wird. Dies liegt daran, dass Operationsverstärker typischerweise sehr hohe Verstärkungen haben – ein kleiner Unterschied in der Eingangsspannung führt zu einem großen Unterschied in der Ausgangsspannung.

Ich glaube, Sie verwechseln Konzepte. Es gibt einen Ansatz mit Operationsverstärkern mit negativer Rückkopplung, bei dem der Ausgang in den negativen Eingangsanschluss zurückgespeist wird. Alle Änderungen am Eingangsanschluss führen dazu, dass der Ausgangswert versucht, sich zu ändern, aber da Sie eine Rückkopplung haben, wirkt sich der Ausgang dann auf den Eingang aus, der normalerweise so ausgelegt ist, dass die Eingangsdifferenz wieder auf Null gebracht wird, an welchem ​​Punkt sich der Ausgang stabilisiert seinen neuen Wert.

Die stabile nicht gesättigte Lösung für eine Operationsverstärkerschaltung erfüllt die Gleichheit der Spannung an den Eingängen, erfüllt aber auch andere Anforderungen wie einen Strom nahe Null in den Eingängen.

Wenn Sie einen Draht hinzufügen, ersetzen Sie die Einschränkung durch eine viel schwächere - dass die Ströme an beiden Eingängen gleich und entgegengesetzt sind. Dadurch wird die Menge möglicher Lösungen erheblich erweitert.

Insbesondere Ihre Annahme, dass der Strom durch den Draht Null ist, ist fehlerhaft. Nach dem Ohmschen Gesetz,

Sie möchten beide Seiten durch dividieren$R$, Verlassen

Diese Gleichung ist jedoch NICHT gültig. Ableitung$I = \frac{V}{R}$aus$V = IR$ist nur erlaubt, wenn$R \neq 0$. Bei einem Draht verursacht Ihre Ableitung eine Division durch Null.

Letztendlich wird das Ohmsche Gesetz durch jeden beliebigen Wert von erfüllt$I$.

Dass die Knoten auf der gleichen Spannung liegen, bedeutet nicht, dass sie ohne negative Auswirkungen kurzgeschlossen werden können. Betrachten Sie diese Schaltung:

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

Unter der Annahme, dass der Operationsverstärker ideal ist, sollte die Spannung an den Knoten A und B gleich sein (gleich 1 V).

Der Strom ist es aber nicht. Der durch R2 fließende Strom ist viel kleiner als der durch R1 fließende Strom.

Wenn Sie den Operationsverstärker herausnehmen und nur die Knoten A und B miteinander verbinden würden, würde die Spannung niedriger werden (etwa 9,9 mV).

Wenn Sie den Operationsverstärker eingeschaltet lassen und nur A und B kurzschließen, würde das Kurzschließen beider Eingänge eines Operationsverstärkers dazu führen, dass er 0 V ausgibt, und da er eine niedrige Ausgangsimpedanz hat, würde die Spannung an A und B Null werden.

In einer Operationsverstärkerschaltung hält ein Rückkopplungsnetzwerk die beiden Eingänge auf (fast) derselben Spannung. Normalerweise nimmt das Rückkopplungsnetzwerk um einen Operationsverstärker zwei unabhängige KCL-Gleichungen an, wobei der vom Operationsverstärker gezogene Eingangsstrom vernachlässigbar ist (in der Größenordnung von 1 nA). Aber jeder Knoten hat in diesem Design seine eigene unabhängige KCL.

Zunächst würde sehr wenig Strom fließen (weil das Rückkopplungsnetzwerk bewirkt, dass die beiden Eingänge nahezu übereinstimmen). Aber obwohl zunächst sehr wenig Strom fließen würde, würde ein Kurzschließen der Eingänge den korrekten Betrieb des Rückkopplungsnetzwerks stören, und die Schaltung würde instabil werden. Es gäbe keine Möglichkeit für den Operationsverstärker, die richtige Ausgangsspannung korrekt zu bestimmen, um die beiden Eingänge weiterhin aufeinander abzustimmen. Der Ausgang würde also wahrscheinlich entweder an der positiven oder der negativen Versorgungsschiene gesättigt sein.

Über das ideale Operationsverstärkermodell: Wenn sich die Open-Loop-Verstärkung unendlich nähert, nähert sich die Differenz zwischen den beiden Eingängen Null. Aber es muss immer noch einen Unterschied zwischen den Eingängen geben, sonst wie kann der Operationsverstärker seine Ausgangsspannung bestimmen? Die Idee eines idealen Operationsverstärkers ist nur eine Heuristik, um die Schaltungsanalyse ein wenig einfacher zu machen, indem man sich nur die Rückkopplungsnetzwerke ansieht und sich nicht um die Schaltung im Operationsverstärker kümmert. Aber es ist nur eine Heuristik für die Analyse, es ist nichts, was jemals existieren könnte.

In Bezug auf das Kurzschließen von zwei Knoten mit gleicher Spannung: Angenommen, Sie können zwei Knoten mit derselben Spannung verwalten. Wenn Sie sie jedoch kurzgeschlossen haben, müssen Sie sich vielen Auswirkungen stellen:

• Ihre Übertragungsfunktion kann sich ändern.
• Ihre äquivalenten Impedanzen von diesen beiden Knoten ändern sich.
• Ihr Schaltungsfeedback wird bewirkt
• Der Strom findet einen neuen Weg zum Fließen, sodass sich die Betriebsspannung ändern kann.

Nun zu Ihrem Operationsverstärker, wenn Sie A & B kurzgeschlossen haben, gibt es auch einige Konsequenzen. Wie:

• Idealerweise ist der Eingangsstrom des Operationsverstärkers Null, sodass kein Strom durch den Widerstand R2 fließt. Aber jetzt hat es einen neuen Weg gefunden und Strom wird fließen.
• Echte Operationsverstärker haben an Knoten A und B nicht die gleiche Spannung, es gibt immer einen kleinen Unterschied (vielleicht im Millivoltbereich), aber wenn Sie sie kurzschließen, geben Sie an diesen Knoten die gleiche Spannung an. Der Ausgang des Operationsverstärkers kann also oszillieren.