Wie funktioniert diese Operationsverstärkerkonfiguration als Spannungsfolger?

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Ich habe ein paar Bücher und das Internet überprüft, aber jede Quelle sagt mir nur, dass es sich um einen Spannungsfolger handelt, und nicht warum . Ohne Widerstände habe ich Probleme, die 2 goldenen Regeln von Operationsverstärkern anzuwenden (unendliche Eingangsimpedanz und der Spannungsabfall an den Eingangsanschlüssen ist 0). Warum verhält sich diese Schaltung wie ein Spannungsfolger?

Der Operationsverstärker in dieser Konfiguration ist als nicht invertierter Verstärker mit Eins-Verstärkung (Verstärkung = 1) angeschlossen, sodass der Ausgang dem Eingang folgt. Der Vorteil davon ist, dass Sie eine niedrigere Ausgangsimpedanz als Ihre Eingangssignalquelle erhalten können.
Versuchen Sie, dies zu lesen electronic.stackexchange.com/questions/441184/… es kann helfen.
Wenn wir die Opamp-Aktion verlangsamen, können wir sehen, was vor sich geht. Am Anfang haben wir Vin = (+) Eingang = 1A und Vout = (-) Eingang = 0V, daher sieht der Opamp-Eingang einen großen Unterschied zwischen "+" und "-" Eingängen. Dies zwingt den Ausgang und den (-) Eingang in eine positive Richtung. Beachten Sie jedoch, dass mit zunehmender Ausgangsspannung die Spannungsdifferenz zwischen V "+" und V "-" verringert wird, wodurch die "Antriebskraft" des Operationsverstärkers (Vd = V "+" - V "-") verringert wird, der Operationsverstärkerausgang Die Spannung bewegt sich nicht mehr so ​​schnell in Richtung der positiven Schiene.
Und wenn diese Spannung V "+" = V "-" = Vin = Vout erreicht, stoppt der Operationsverstärker und erhöht seine Ausgangsspannung. Aber wenn der Operationsverstärker irgendwie überschwingt und die Ausgangsspannung größer als +1 V ist. Dies ändert sofort das Vorzeichen einer Spannungsdifferenz zwischen V"+" und V"-" (der "Antriebskraft"). Der Ausgang des Operationsverstärkers wird also nicht mehr in eine positive Richtung getrieben, sondern aufgrund der Änderung des Spannungsvorzeichens ( V "+" ist jetzt niedriger als V "-"). Und der Operationsverstärker beginnt, seine Spannung zu verringern, um Vin = Vout zu erreichen.

Antworten (5)

Der Operationsverstärker verstärkt stark jeden Unterschied, den er an seinen Anschlüssen sieht.

Ohne Rückkopplung nimmt ein "idealer" Operationsverstärker jeden Unterschied und geht zwischen + und - unendlich. Ein echter Operationsverstärker hat eine endliche Open-Loop-Verstärkung ( Av ) und verstärkt diese Differenz um die Verstärkung.

Beispiel-Operationsverstärker mit Av = Open-Loop-Verstärkung von 10.000 V/V:

  • Eingangsdifferenz von +1 mV, Vout beträgt +10 V

Fügen Sie jetzt Feedback hinzu. Der Follower bindet Vout direkt an den (-) Eingang. Nettoergebnis: Jede Änderung am (+)-Eingang (d. h. Vin) wird am (-) von Vout aufgehoben. Also (-) Input und Vout verfolgen Vin eins zu eins oder fast so:

  • idealer Operationsverstärker: Vout folgt genau (+).
  • echter Operationsverstärker: Vout hat einen Unterschied von Vin / Av

Bei einem Av = 10.000, einem Spannungsfolger, wie Sie ihn gezeigt haben, weist ein +1-V-Eingang an (+) aufgrund der begrenzten Verstärkung einen Unterschied von 1/10.000 Volt gegenüber (-) auf.

Mehr hier: Wie ist der Ausgang des Operationsverstärkers nicht Null, wenn die Eingänge die gleiche Spannung haben?

Mehr über die Verstärkung des Operationsverstärkers hier: https://www.electronics-notes.com/articles/analog_circuits/operational-amplifier-op-amp/gain-equations.php

Ein etwas tieferes, aber sehr zugängliches Papier hier: https://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-071j-introduction-to-electronics-signals-and-measment-spring- 2006/lecture-notes/22_op_amps1.pdf

Im Modell des idealen Operationsverstärkers finden Sie die folgenden 2 Gleichungen:

V+= V-

I+ = 0

Bitte beachten Sie, dass I- = 0 nicht benötigt wird, da es durch I+ = 0 impliziert wird.

V+ = Vin impliziert V- = Vin

Gehen Sie nun über den Draht von V- nach Vout und Sie erhalten:

Vaus = V-

was bedeutet: Vout(t) = Vin(t)

ICH − = 0 ganz sicher nicht impliziert von ICH + = 0 . Reale Operationsverstärker modellieren sowohl den Eingangsruhestrom als auch den Eingangsstrom-Offset; Es gibt nichts an der Anwendungsschaltung, das einen Nullstrom-Offset garantiert.
Ich schrieb "im idealen Modell".
Ja, im idealen Modell sind beide Größen Null, aber weil sie so idealisiert sind, nicht weil die Schaltung dies garantiert

Ich habe Probleme, die 2 goldenen Regeln von Operationsverstärkern anzuwenden (unendliche Eingangsimpedanz und der Spannungsabfall an den Eingangsanschlüssen ist 0).

  1. Unendliche Eingangsimpedanz (Regel 1)
  2. Vin- gleich Vin+ (Regel 2)

Es ist Regel 2; die Spannungsdifferenz zwischen Vin+ und Vin- ist Null. Da Vin- mit dem Ausgang (Vout) verbunden ist, kann man ziemlich sicher sagen, dass die Spannungsdifferenz zwischen Vout und Vin+ ebenfalls Null ist, daher handelt es sich um einen Spannungsfolger.

  1. Ihre Quellen sind unzureichend. Ich empfehle Ihnen, fleißiger zu arbeiten. Außerdem hatten Sie aus dem folgenden Grund bereits in Ihren Quellen, wahrscheinlich aus allen Quellen, eine genaue Antwort.

Warum verhält sich diese Schaltung wie ein Spannungsfolger?

  1. "Spannungsabfall an den Eingangsklemmen ist 0", dies allein gibt den Grund an, warum Vout == Vin.

Eine schnelle Internetsuche nach Operationsverstärker-Spannungsfolger-Theorie gibt Ihnen eine Erklärung, wie ein Spannungsfolger funktioniert. Der Ausgang, der zum negativen Eingang zurückgeführt wird, liefert einen Einheitsverstärkungsverstärker. Da die Spannungsdifferenz zwischen Vin+ und Vin- Null ist, folgt Vin- Vin+ und Vout = Vin- in der Schaltung.

Hier sind die ersten beiden Suchergebnisse, die ich erhalten habe: https://www.electrical4u.com/voltage-follower/

https://www.elprocus.com/what-is-voltage-follower-working-its-applications/

Wie funktioniert diese Operationsverstärkerkonfiguration als Spannungsfolger?
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