Virtuelles Kurzkonzept in einem Operationsverstärker

Positives Feedback führt nicht zu einem stabilen, linearen Betrieb. Bei einem Verstärker mit positiver Rückkopplung addiert sich der Ausgang zum Eingang, was zu einem größeren Eingang und damit zu einem größeren Ausgang führt. Mit anderen Worten, der Ausgang beschleunigt schnell in eine Richtung, bis er nicht mehr kann. In einer Schaltung ist die Stromversorgung die Begrenzung, und der Ausgang des Verstärkers wird bei / nahe der Versorgungsspannung gesättigt.

Wenn der Ausgang des Verstärkers bei/nahe der Versorgungsspannung gesättigt ist, arbeitet er nicht als linearer Verstärker. Die Ausgangsspannung kann nicht mehr als GAIN*INPUT beschrieben werden. Unabhängig von der Eingabe ist die Ausgabe die Schienenspannung der Stromversorgung.

Der Grund, warum Sie bei negativer Rückkopplung einen virtuellen Kurzschluss erhalten, liegt darin, dass negative Rückkopplung den Operationsverstärker im linearen Betrieb stabilisiert und die Ausgangsspannung als GAIN * INPUT beschrieben werden kann. Da die Verstärkung sehr hoch ist, ist der Eingang sehr klein. Dies ist die Bedingung des virtuellen Kurzschlusses.

Dies ist eine allgemeine Erklärung und übersieht Details wie Closed-Loop- vs. Open-Loop-Verstärkung. Vielleicht kann jemand anders eine ausführlichere Antwort geben.

Es gibt viele Metaphern, die verwendet werden, um über Operationsverstärker zu sprechen, und keine davon sollte wörtlich genommen werden, und selten sollen sie in einem breiteren Kontext verwendet werden.

Die Metapher des virtuellen Kurzschlusses zwischen den invertierenden und nicht invertierenden Stiften ist genau das – eine Metapher. Das ist dein plausibler Grund. Die Stifte sind nicht wirklich kurzgeschlossen, daher lässt sich diese Idee nicht auf Situationen mit positivem Feedback übertragen.

Eine andere oft verwendete Metapher, die meiner Meinung nach etwas besser ist (da es fälschlicherweise bedeuten könnte, dass es tatsächlich eine solche Verbindung gibt und dass sie in anderen Situationen vorhanden ist, wenn man über Dinge in Bezug auf Verbindungen wie Kurzschlüsse spricht), ist ein Operationsverstärker mit negativer Rückkopplung ist der Versuch, die beiden Eingangsanschlüsse gleich zu halten .

Tatsächlich werde ich nur sagen, dass die virtuelle Kurzmetapher absolut falsch ist. Dies lässt es wie einen passiven Effekt erscheinen, der sich auf andere Situationen übertragen würde, wenn beides nicht der Fall ist. Operationsverstärker sind immer noch nur Verstärker, und alles, was sie wirklich tun, ist, den Potentialunterschied zwischen den Eingangsanschlüssen zu nehmen und ihn am Ausgang zu einem größeren zu verstärken.

Bei negativer Rückkopplung hat diese verstärkte Potentialdifferenz den Effekt, dass das verstärkte Eingangssignal selbst oder vielmehr die Differenz zwischen den Eingangsanschlüssen reduziert wird. Wenn die Verstärkung also sehr hoch ist, bedeutet dies, dass der Operationsverstärker die Differenz zwischen aktiv reduziert seine zwei Eingänge zu fast nichts. Es gibt keinen virtuellen Kurzschluss, wir verwenden nur den verstärkten Ausgang, um den Eingang zu beeinflussen, und negatives Feedback hilft immer, den Eingang zu reduzieren.

Bei positiver Rückkopplung erhöht der verstärkte Ausgang die Potentialdifferenz am Eingang, wodurch der Ausgang noch größer wird, was den Eingang noch größer macht, und in einem magischen idealen Operationsverstärker weicht alles ab$\infty$.