Warum unterdrücken Sie den Eingang, wenn Sie die Ausgangsimpedanz einer Operationsverstärkerschaltung ermitteln?

Wie von Bimpelrekkie darauf hingewiesen , haben Sie es mit einer Kleinsignalanalyse zu tun. Die Eingangsspannung$V_{in}$stellt den DC-Arbeitspunkt ein, bei dem der interne$Z_{out}$des Operationsverstärkers erhalten wird. Um dann die Gesamtausgangsimpedanz zu bestimmen, möchten Sie den Ausgang ac-modulieren, sobald die Schleife geschlossen ist. Sie injizieren einen Wechselstrom$I_T$über die Ausgangsklemmen und prüfen Sie, welche Spannung$V_T$Sie sammeln über die Stromquellenterminals. Das Verhältnis$\frac{V_T}{I_T}$gibt den gewünschten Ausgangswiderstand.

Bei dieser Analyse wird die Eingangsquelle jedoch nicht von der Ausgangsstrommodulation beeinflusst. Wenn Sie diese Quelle untersuchen würden$V_{in}$Mit einem Oszilloskop würden Sie eine flache Gleichstromlinie beobachten. Daher bei fehlender Modulation sein Wechselstrom- oder Kleinsignalwert$\hat{v}_{in}$gleich Null ist und nicht an der Bestimmung von teilnimmt$R_{out}$. In der Übung ersetzen Sie die Quelle durch einen Draht. Ich habe eine kurze Illustration unten gezeichnet:

Die gleiche Philosophie gilt, wenn Sie die Stromversorgungsleitungen kurzschließen, um sie zu erden$V_{cc}$oder$V_{ee}$bei der Kleinsignaluntersuchung eines Stromkreises, der von einer oder mehreren Gleichstromschienen versorgt wird. Sie tun dies, weil es keine Modulation über diese Leitungen gibt, wenn Sie den Eingang stimulieren, um die Antwort zu bestimmen. Gleiche Sache.

Warum unterdrücken Sie den Eingang, wenn Sie die Ausgangsimpedanz einer Operationsverstärkerschaltung ermitteln?

Es ist ein reiner Bequemlichkeitsgrund. Wenn der Eingang auf einen Wert von Null gesetzt wird, ist die natürliche Ausgangsspannung des Operationsverstärkers für einfache Schaltungen ebenfalls (nahezu) Null. Wenn Sie dann Strom in den Ausgang einspeisen und die Spannung um einen Betrag ansteigt, ist es einfache Mathematik, die uns sagt, dass die Ausgangsimpedanz ist: -

Das ist im Grunde das Ohmsche Gesetz.

Wenn alternativ eine Eingangsspannung vorhanden wäre, wäre die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers: -

Es ist also etwas bequemer, den Eingang auf Null Volt zu zwingen. Wenn wir dies jedoch genau tun, sollten wir beachten, dass der Ausgang des Operationsverstärkers möglicherweise nicht wirklich 0 Volt beträgt, wenn der Eingang auf null Volt eingestellt ist. In diesem Fall sollten wir die Spannungsänderungsformel direkt oben verwenden.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihr Problem im Detail verstanden habe. Trotzdem ist vielleicht Folgendes hilfreich:

Für jede Schaltung ist es wichtig, dass kein EXTERNES Eingangssignal (außer dem in den Ausgangsknoten eingespeisten) zu dem Strom beiträgt, den Sie durch den Ausgangsknoten messen werden.

Im Falle eines Rückkopplungssystems bedeutet dies jedoch: Das Einspeisen eines Signals in den Ausgang wird natürlich einen Teil dieses Signals auch in den Eingang des Verstärkers (über den Rückkopplungspfad) einspeisen.

(Hinzugefügt): Da dieses rückgekoppelte Signal die gleiche Situation wie im normalen Betrieb sehen muss, ist es wichtig, dass die Klemme für das "normale" Eingangssignal AC-geerdet ist (und nicht nur offen gelassen wird).

Dieser Effekt ist sehr wichtig und darf nicht vernachlässigt werden - auch wenn dieser Anteil ziemlich klein ist (er wird mit der großen Open-Loop-Operationsverstärkerverstärkung verstärkt).

Nur so kann der starke Einfluss der Rückkopplungsschleife auf die Messung des Ausgangswiderstandes berücksichtigt werden.

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Ausgangsimpedanz zu messen: Zout=dVout/dIout

1. Sorgen Sie dafür, dass die Schaltung ihre Spannung konstant hält, speisen Sie einen Wechselstrom I in den Ausgang ein und messen Sie die Änderung der Ausgangsspannung V. Dann ist Zout=V/I.

2. Geben Sie am Eingang eine Wechselspannung ein, messen Sie die Ausgangsspannung. Schließen Sie eine bekannte Last an, z. B. einen Widerstand, der einen Strom vom Ausgang zieht. Berechnen Sie die Differenz dV der Ausgangsspannung mit und ohne Ausgangsstrom. Zout = dV/dI.

Diese beiden sind die beiden Methoden, über die Sie in der Frage sprechen (obwohl Sie ein wenig schielen müssen, um die zweite im Scan aus dem Buch zu erkennen).

Die zweite ist viel schwieriger, weil Sie zwei Messungen durchführen und subtrahieren müssen. Wenn die Ausgangsimpedanz klein ist, liegen die beiden Messungen sehr nahe beieinander, was zu Fehlern führt. Die erste Methode ist eine praktischere und direktere Messung, daher wird sie normalerweise so durchgeführt.

Sie können dies auch mit Gleichstrom tun, aber mit Wechselstrom ist es viel einfacher, da das Messen einer kleinen Wechselspannung einfach ist und alle Gleichstromschwankungen aufgrund von Offset, Temperatur, Niederfrequenzrauschen usw. ignoriert. Außerdem hängt die Ausgangsimpedanz von der Frequenz ab , also wenn Sie daran interessiert sind, müssen Sie es mit Wechselstrom messen und einen Frequenzsweep durchführen.

Wenn Sie guten Grund zu der Annahme haben, dass die Ausgangsimpedanz über einen weiten Bereich der DC-Ausgangsspannung konstant ist, spielt der tatsächliche Wert der Ausgangsspannung keine Rolle, solange er konstant ist. Am einfachsten ist es, nur 0 V zu verwenden, was bedeutet, den Eingang des Operationsverstärkers mit Masse zu verbinden.

Dies ist normalerweise bei einem Operationsverstärker der Fall, solange er nicht übersteuert: Die Ausgangsimpedanz ändert sich nicht wesentlich mit der Ausgangsspannung. Sie variiert jedoch stark mit dem DC-Ausgangsstrom, da die Transkonduktanz von Ausgangsgeräten vom Strom abhängt.