Operationsverstärker mit Zenerdiode

In der folgenden Schaltung möchte ich die Ausgangsspannung Vo im Verhältnis zur Eingangsspannung Vi finden. Die Dioden D1 und D2 sind gleich und haben einen Abfall von 0,7 V, wenn sie leiten. Operationsverstärker ist auch ideal. Für die Zenerdiode wissen wir:

v z e N e R = 8 , 6 v

Nun, wenn unser Eingang positiv ist (Vi>0), ist der Ausgang Vo negativ (Vo<0), also leitet die Zenerdiode, aber sowohl D1 als auch D2 sind in Sperrrichtung vorgespannt, sodass die Schaltung als invertierender Operationsverstärker mit Verstärkung = - arbeitet. Rf/Rin=-10K/1K=-10. Also Vo=-10Vi.

Ich bin etwas verwirrt mit dem anderen Fall über den negativen Eingang (Vi <0). Dann ist der Ausgang positiv (Vi > 0). Wird die Zenerdiode dadurch in die entgegengesetzte Richtung leiten und D1, D2 ebenfalls in Vorwärtsrichtung vorgespannt, so dass wir einen anderen Pfad vom Ausgang zum invertierenden Eingang haben?

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Antworten (1)

Wenn der Eingang negativ (und klein) ist, können die Dioden und der Zener ignoriert werden.

Wenn das Eingangssignal negativ größer wird, erreichen Sie einen Punkt, an dem der Ausgang + (8,6 V + 2 * 0,7 V = 10 Volt) wird. Davor haben Sie eine Verstärkung von -10k/1k und an (oder darüber) diesem Punkt haben Sie eine volle negative Rückkopplung und die Schaltung hat eine Nullverstärkung, daher ist der Ausgang auf 10 Volt begrenzt. Es kann theoretisch nichts anderes.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich es bekommen habe. Nun, ich denke, mein Gedanke zum positiven Input ist richtig. Ich meine, wenn der Eingang positiv ist (Vin> 0), ist der Ausgang negativ (Vo <0), also ist der Dioden-Zener in Vorwärtsrichtung vorgespannt, aber D1 und D2 sind in Sperrrichtung vorgespannt, habe ich recht? Also ignorieren wir diesen Weg. Andererseits leitet bei kleinen Werten des negativen Eingangs (bevor Vo 10 V erreicht) keine der drei Dioden. Aber nachdem Vo negativ größer als -1 V wird, leiten alle 3 Dioden mit einem Gesamtspannungsabfall von 10 Volt, was bedeutet, dass jetzt Strom in diesem neuen Pfad fließt, anstatt in dem Pfad mit 10 k Widerstand?
Und wenn ja, warum bleibt der Ausgang danach bei 10 V?
Der Ausgang bleibt ja bei 10 Volt. Denken Sie daran, dass der Operationsverstärker bei negativer Rückkopplung immer versucht, beide Eingänge auf die gleiche Spannung zu bringen, und 10,01 Volt am Ausgang müssten 0,01 Volt an einen der Eingänge anlegen. Negative Rückkopplung kämpft darum, dieses Problem zu lösen und den Ausgang auf 10 Volt zu halten. Bei nicht idealen Dioden und Zener gibt es natürlich einen abgerundeten Knieeffekt.
@Wir können also sagen, dass eine einfache Möglichkeit, über dieses Problem für die negativen Eingänge nachzudenken, darin besteht, sich vorzustellen, dass alle drei Dioden aus einer neuen Diode D' bestehen, die die gleiche Polarität wie die Dioden D1, D2 hat und über 10 V leitet (was ist der Gesamtspannungsabfall von allen) ?
Ja, nur eine Diode mit einem Durchbruch von 10 Volt.
Operationsverstärker mit Zenerdiode
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