Wie kann ich Rückstrom in dieser Schaltung verhindern?

Jedes Mal, wenn Sie verschiedene Schaltungen verbinden, haben sie interaktive Effekte, da die Teilschaltungen selbst Elemente sind und mit diesen komplexeren Elementen, die komplexere analoge Gesetze zum Ohmschen Gesetz usw. haben, eine übergeordnete Schaltung bilden.

Das ist keine schlechte Sache, macht aber die Analyse solcher Schaltungen komplex und ihr Verhalten noch komplexer.

Die allgemeine Methode, um zu verhindern, dass Teilschaltungen auf komplexe Weise interagieren (was das Nachdenken über sie erschwert), besteht darin, sie zu isolieren.

Wenn wir uns mit Spannungseigenschaften befassen (z. B. darüber nachdenken, wie sich die Spannungen einer Sache verhalten und in eine andere einspeisen) und uns nicht um den Strom kümmern, dann wird dies verhindert, indem der Eingang einer Schaltung einen sehr hohen Widerstand hat vom Laden des Ausgangs einer daran angeschlossenen Schaltung.

Stellen Sie sich dies beispielsweise als einfaches Modell für eine komplexere Schaltung vor:

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

R2 hat einen so großen "Eingangs" -Widerstand, dass der Ausgang von R1 effektiv derselbe ist, als ob R2 weg wäre (schließlich, wenn der Widerstand fehlt, könnten wir tatsächlich einfach sagen, dass er existiert und einen unendlichen Widerstand hat, und so gibt es eine unendliche Anzahl von unendlich großen Widerständen in diesem Diagramm, die ich ignoriert habe, um Zeit zu sparen;).

Nun, R2 ist nur ein Widerstand. Bei Operationsverstärkern benötigen auch sie große Eingangswiderstände, um ein Laden zu vermeiden, aber das bedeutet nicht, dass kein Signal durchkommt. Denken Sie daran, sie sind aktiv und haben Leistung, um Dinge zu tun, die ein Widerstand nicht kann.

Sie müssen also sicherstellen, dass der Eingangswiderstand groß ist (verfolgen Sie einfach die Pfade und addieren Sie den Widerstand). Denken Sie daran, dass der Eingangswiderstand für einen Standard-Operationsverstärker als unendlich angesehen werden kann, sodass Sie die Eingänge des Operationsverstärkers für diesen Zweck im Grunde ignorieren (trennen) können.

Nehmen wir nun an, Sie tun dies, wie Sie es getan haben, und stellen fest, dass Sie einen niedrigen Eingangswiderstand haben. Wie geht's?

1. Sie erhöhen die Komponentenwerte, um einen höheren Widerstand bei gleicher Leistung zu erzielen. Denken Sie daran, dass Sie dies tun können, da die "Werte" einer Operationsverstärkerschaltung im Allgemeinen von den Verhältnissen und nicht von den absoluten Werten abhängen.

Daher könnten Sie 1 Ohm/1 Ohm oder 1 MOhm/1 MOhm haben. Der erste hat einen niedrigen Eingangswiderstand und der zweite einen hohen, aber beide geben den gleichen Operationsverstärkerausgang (denken Sie an so etwas wie einen Standardverstärker). Natürlich gibt es Grenzen. Sie können es wegen anderer Probleme (Rauschen, Interferenzen usw.) nicht zu viel tun.

Was können wir also besser machen?

2. Wir verwenden einen Puffer. Ein Puffer ist wie ein Widerstand, aber viel besser. Es ist ein Operationsverstärker oder ein anderes Gerät mit Einheitsverstärkung, einem hohen Eingangswiderstand (verwenden Sie sehr große Widerstände wie 10 MOhm / 10 MOhm) und einem sehr niedrigen Ausgangswiderstand (denn das ist es, was Operationsverstärker tun, hohe Eingangs- und niedrige Ausgangswiderstände und das macht sie so wertvoll).

Jfets, BJTs, Mosfets haben alle ähnliche Eigenschaften, aber ein Operationsverstärker ist ein "Supertransistor" und macht einen besseren Job.

Erhöhen Sie also entweder R2 und C2 so, dass die gleiche Reaktion beibehalten wird, erhöhen Sie jedoch den Eingangswiderstand, oder fügen Sie einen Puffer zwischen die beiden ein, um sie zu isolieren. Wenn Sie beispielsweise C2 oder R2 nicht ändern können, weil Sie keine ausreichend große Kappe haben oder die Antwort die gewünschten Grenzen überschreitet, fügen Sie einen anderen Operationsverstärker dazwischen ein und wählen Sie stattdessen große Widerstände. Es ist natürlich ein Kompromiss.

Manchmal gibt es andere Topologien, die die Probleme auf andere Weise entschärfen können. EE ist teils Kunst und teils Wissenschaft. Da muss man manchmal rumspielen und auch mal Kompromisse eingehen. Sie haben im Allgemeinen einen Betriebsbereich von Spannungen und Strömen, mit denen Sie arbeiten können, sowie Komponenten und $$$. Es ist Ihre Aufgabe als EE, die besten Gesamtwerte zu finden.

Der Phasenspielraum wird durch kapazitive Lasten bei hohem Strom in Operationsverstärkern beeinträchtigt.

Dies ist ein Grund für die Erhöhung der R-Werte, um sicherzustellen, dass der AC-Strom viel geringer ist als der DC-Vorspannungsstrom der Ausgangsstufe. Die andere ist harmonische Verzerrung und Rauschstrom.

Beachten Sie, dass die 2. Stufe hauptsächlich eine kapazitive Last ist, wenn Vin+ mit Null Ohm und niedriger Rückkopplung R geerdet ist, wobei die negative Rückkopplung die Vin-Impedanz auf nahe 0 senkt.

Das Hinzufügen eines Widerstands, der einen Wert von etwa 1/10 des Widerstands R1 in Reihe mit dem Kondensator hat, trägt dazu bei, die Phasenverschiebung zu reduzieren, die der Eingang aufgrund des Vorhandenseins des Kondensators erfährt. Es wird auch die Empfindlichkeit der Schaltung verringern, was sie bis zu einem gewissen Grad immun gegen Rauschen macht. Versuchen Sie auch, einen sinusförmigen Eingang, eine Rechteckwelle, einen dreieckigen oder einen ähnlichen Eingang bereitzustellen, da diese Schaltungen besser für Eingänge funktionieren, die gleichmäßig um 0 V variieren, da sie dann nicht durch die Unfähigkeit der Kondensatoren begrenzt sind, sich leicht auf hohe Spannungen aufzuladen.

Der Differentiator erhöht seine Verstärkung, wenn die Frequenz höher wird. Wahrscheinlich haben Sie eine Rückkopplungsroute, die Ihre Schaltung zu einem Oszillator macht. Sie sollten einen Widerstand in Reihe zu Ihren Kondensatoren schalten, um den Anstieg der Verstärkung zu begrenzen. Sie müssen die Tatsache akzeptieren, dass Sie keine unendliche Bandbreite erhalten können. Sie können höher werden, wenn Ihre Operationsverstärker verschiedene Geräte mit guten Klemmkondensatoren in ihren Versorgungseingängen sind. Diese Schaltung ist auf Steckbrettern aufgrund der unüberschaubaren kapazitiven Rückkopplungswege unmöglich.