Wie hoch ist in diesem Fall die Ausgangsspannung?

Was passiert, wenn die Ausgangsspannung eines Operationsverstärkers (z. B. in einer Spannungsfolger- / invertierenden Konfiguration) höher als ein bestimmter Betrag (z. B. 10 V) sein sollte und ich am Ausgang eine 5-V-Zenerdiode in Rückwärtsrichtung platziere, gefolgt von GND?

schematisch

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Auf der einen Seite sollte es Vin sein, richtig? Aber ich denke, es muss wegen der Diode auch kleiner oder gleich 5 V sein

Antworten (3)

Wenn der invertierende Eingang niedrig ist, versucht der Operationsverstärker, die Ausgangsspannung zu erhöhen, sodass er über die Rückkopplung versucht, die +15 V von der nichtinvertierenden abzugleichen. So hart wie möglich. Gleichzeitig sinkt der Zener jedoch so stark wie möglich. Am Ende erhalten Sie das Äquivalent eines Kurzschlusses und entweder der Operationsverstärker oder der Zener wird schließlich sehr heiß und kann zerstört werden.

Realistischerweise ist der TL081 kurzschlussfest und die Ausgangsstromfähigkeit ist nicht unglaublich hoch, so dass beide Teile nur heiß werden und die Ausgangsspannung irgendwo zwischen 5 und 15 Volt liegt, wahrscheinlich nahe 5, weil, wie gesagt , die aktuelle Kapazität ist nicht unglaublich hoch.

Dies ist eine unmögliche Situation für einen idealen Operationsverstärker und eine ideale Zenerdiode. Der Operationsverstärker liefert oder senkt den Strom, der erforderlich ist, um die gewünschte Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten. Der Zener senkt jeden Strom, der erforderlich ist, um die Spannung an ihm auf 5 V zu begrenzen. Bei idealen Komponenten wird der Strom unendlich und die Spannung unterbegrenzbar.

Echte Komponenten haben jedoch einen gewissen maximalen Strom, den sie liefern oder aufnehmen können, und halten sich dennoch an die anderen Spezifikationen, die sie versprechen. Wenn der Operationsverstärker nur 10 mA ausgeben kann und der Zener 20 sinken kann, gewinnt der Zener und die Spannung bleibt bei 5 V. Wenn der Operationsverstärker mehr Strom liefern kann, als der Zener verarbeiten kann, wird der Zener zerstört und die Spannung geht bis 15 V.

Sobald Sie Teile nach einer Spezifikation laufen lassen, können Sie sich nicht mehr auf den Betrieb innerhalb einer der anderen Spezifikationen verlassen. Außerdem können bleibende Schäden entstehen.

Sind Sie sicher, dass Olin meiner Erfahrung nach tote Dioden (einschließlich Zener) normalerweise einen Kurzschluss versagen, sodass sowohl Zenner als auch Operationsverstärker sterben würden
@Warren: Dioden können sowohl kurz als auch offen ausfallen, also kann das, was Sie sagen, auch passieren. Der Punkt ist jedoch, dass Sie sich, nachdem Sie gegen Spezifikationen verstoßen haben, nicht auf verbleibende Spezifikationen verlassen können.
Einverstanden @Olin, wenn Sie Teile außerhalb der Spezifikation verwenden, sterben sie oft. Meine Erfahrung ist, dass Dioden normalerweise kurz ausfallen, es sei denn, sie befinden sich in etwas mit viel Energie wie einem SMPS.

Der Operationsverstärker begrenzt den Strom und versucht, die Ausgangsspannung auf 15 V zu treiben (vorausgesetzt, die Versorgungsspannung am Operationsverstärker ist größer als etwa 18 V, sonst kann er den Ausgang möglicherweise nicht so hoch treiben).

Der TL081 hat einen maximalen Kurzschluss-Ausgangsstrom von 60 mA. Ein kleiner Zener mit axialer Leitung (z. B. der 500 mW 1N751A ) ist für einen maximalen Strom von 70 mA ausgelegt, sodass er überleben wird. Die Ausgangsspannung wird höchstwahrscheinlich höher als 5,1 V sein, aber nicht viel höher (wahrscheinlich weniger als 6 V). . Dies liegt sogar außerhalb der typischen Kurven, und die aufgeführte Zenerimpedanz gilt nur in der Nähe des Teststroms. Es handelt sich also um eine Vermutung, nicht um etwas, an dem Sie Ihren Hut hängen können, und daher um keine gute Technik, auf die Sie sich verlassen können.

Wie hoch ist in diesem Fall die Ausgangsspannung?
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