Negatives Feedback mit Operationsverstärkern? [Duplikat]

Sie verwechseln "Invertieren" mit "negativem Feedback".

Offene Schleife

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Abbildung 1: Operationsverstärker mit invertierendem Open-Loop-Modus.

In Abbildung 1 verstärkt der Operationsverstärker die Differenz zwischen seinen Eingängen um die Open-Loop-Verstärkung. Nehmen wir an, die Open-Loop-Verstärkung beträgt 1.000.000 und wir legen +1 mV am „-“-Eingang an. Da es höher als der '+'-Eingang ist, geht der Ausgang auf -1 mV x 1000000 = -1000 V. (Offensichtlich stoppt er bei einem echten Operationsverstärker an der negativen Versorgungsschiene.)

Diese Schaltung wäre kein guter Verstärker, da die Verstärkung nicht steuerbar wäre, jede Variation oder Drift in den Eingangs-Offsets Chaos mit dem Ausgang anrichten würde und jegliche Nichtlinearitäten des Verstärkers unkontrolliert bleiben würden. Es könnte jedoch ein brauchbarer Komparator sein, um zu erkennen, ob die Eingangsspannung über oder unter null Volt lag.

Negative Rückmeldung

Negative Rückkopplung tritt auf, wenn eine Funktion der Ausgabe eines Systems, Prozesses oder Mechanismus auf eine Weise zurückgekoppelt wird, die dazu neigt, die Schwankungen der Ausgabe zu reduzieren, unabhängig davon, ob sie durch Änderungen der Eingabe oder durch andere Störungen verursacht werden. Wikipedia .

Das Anwenden von negativem Feedback bringt die Ausgabe unter Kontrolle.

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Abbildung 2: Invertierender Operationsverstärker mit negativer Rückkopplung. Abbildung 3: Nicht invertierender Operationsverstärker mit positiver Rückkopplung.

Wenn wir nun negatives Feedback anwenden, indem wir R2 zurücksetzen, zählt der Ausgang den Eingang. Stellen Sie sich die Operation als eine Sequenz vor:

• Vin = 0. Vout = 0.
• Vin = 1 V. Vout = 0 zu diesem Zeitpunkt. R1 und R2 bilden einen Spannungsteiler und der '-'-Eingang liegt bei 0,5 V.
• Vout beginnt negativ zu schwingen. Dies zieht den '-'-Eingang zurück in Richtung 0 V.
• Der Ausgang pendelt sich bei Vout = -1 V ein.

In dieser Konfiguration bewegt sich der Ausgang zu einer beliebigen Spannung, die den '-'-Eingang mit dem '+'-Eingang identisch macht. Dies wird passieren, wenn$Vout = -Vin \frac {R2}{R1}$.

Positives Feedback

Abbildung 3 zeigt den Verstärker mit positiver Rückkopplung.

In dieser Situation sieht das Szenario wie folgt aus:

• Vin = 0. Vout = 0.
• Vin = 1mV. Vout immer noch auf 0, also geht der '+'-Eingang auf +0,5 mV.
• Vout beginnt zu steigen. Die '+'-Eingangsspannung beginnt ihr mit etwa der halben Rate zu folgen (aufgrund des Spannungsteilereffekts).
• Vout trifft auf die + Versorgungsschiene.

Diese Schaltung wird häufig verwendet, um einen Schmitt-Trigger zu erzeugen, um eine gewisse Hysterese hinzuzufügen, so dass Einschalt- und Ausschaltpunkte unterschiedlich sind.

Nicht invertierend mit negativer Rückkopplung

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Abbildung 4. Nicht invertierender Verstärker.

Der nicht-invertierende Verstärker verwendet auch eine negative Rückkopplung, wenn auch auf andere Weise. Ich finde es am nützlichsten zu glauben, dass der Operationsverstärker "glücklich" oder stabil ist, wenn beide Eingänge ein gewisses Potenzial haben. In diesem Fall ist es wann$Vout = Vin \frac {R1 + R2}{R1} = Vin (1 + \frac {R2}{R1})$.

Ich glaube, Sie missverstehen die Konzepte von positivem und negativem Feedback. Negatives Feedback setzt die Verstärkung auf einen festen Wert, während positives Feedback die Verstärkung ins Unendliche gehen lässt.

Negatives Feedback bedeutet nicht, dass Ihre Ausgabe der "negative verstärkte Wert der Eingabe" ist. Stattdessen wird ein Teil des Outputs vom Input abgezogen .

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Betrachten Sie im Gegensatz dazu dieses Beispiel für positives Feedback (konzeptionell):

1. Ihr Eingangssignal hat die Größe 1
2. Da Sie positives Feedback verwenden, wird Ihre Ausgabe zu Ihrer Eingabe hinzugefügt
3. Wenn Sie Ihren Ausgang hinzufügen, wird Ihr Eingangssignal auf Größe 2 verschoben
4. Da Sie positives Feedback verwenden, wird Ihre Ausgabe zu Ihrer Eingabe hinzugefügt
5. Wenn Sie Ihren Ausgang hinzufügen, wird Ihr Eingangssignal auf Größe 4 verschoben
6. ...

Sie können sehen, wie positives Feedback dazu führt, dass Ihr Signal nicht um einen bestimmten Betrag verstärkt wird, sondern bis es den Operationsverstärker sättigt.

Eines der Merkmale eines idealen Operationsverstärkers ist die unendliche Open-Loop-Verstärkung .

Wenn Sie also ein Signal an den Eingang des Operationsverstärkers mit offener Schleife anschließen, wird die Verstärkung im praktischen Operationsverstärker höher sein, daher wird der Ausgang höher sein (in der Nähe von + Vcc).

Um diese hohe Verstärkung zu steuern, bevorzugen Sie also meistens -ve-Rückkopplung, anstatt die Verstärkung mit positiver Rückkopplung zu erhöhen

Und ein weiterer hinzugefügter Punkt hier ist, dass der Operationsverstärker eine hohe Eingangsimpedanz hat. Es wird also nicht viel mehr Strom sinken. Die stromgesteuerte Kapazität des Sensorausgangs wird meistens in mA angegeben. Es ist nicht so viel genug, um andere Schaltkreise anzusteuern, daher wird der Sensorausgang meistens durch den Operationsverstärker geleitet.

Negatives Feedback scheint ein Problem in Ihrem Verständnis zu sein, also ziehen Sie einen Servocontroller wie diesen in Betracht: -

Der 10k-Pot stellt eine "Anforderung" ein und die Ausgangstransistoren treiben den Motor an, bis der Feedback-Positionssensor (am Motor angebracht) eine Ausgangsspannung erzeugt, die der Anforderung entspricht. Das dreieckige Ding, das wie ein Operationsverstärker aussieht, sollte als Fehlerverstärker betrachtet werden. Jeder Fehler zwischen Bedarfs- und rückgekoppelter Spannung wird verstärkt, wodurch der Motor etwas weiter angestoßen wird, bis dieser Fehler sehr klein ist.

Wenn der Fehlerverstärker mehr Verstärkung hat, bewegt sich der Motor näher an den gewünschten und geforderten Sollwert heran, dh der Fehler wird kleiner.

Stellen Sie sich nun vor, den Motor- und Feedback-Positionssensor wegzuwerfen und den Ausgang des Gegentaktverstärkers direkt mit dem Fehlerverstärker zu verdrahten: -

Was Sie jetzt haben, ist ein Operationsverstärker, der auf verschiedene Arten konfiguriert werden kann: -