नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करके वोल्टेज अनुयायी स्थिर स्थिति तक कैसे पहुंचता है, इसका चरण-दर-चरण स्पष्टीकरण

Question

बस एक मिनट! मैं यह समझने की कोशिश नहीं कर रहा हूं कि आखिरकार नकारात्मक प्रतिक्रिया क्या है , या इसका उपयोग क्यों किया जाना चाहिए। मैं यह समझने की कोशिश कर रहा हूं कि सर्किट स्थिर स्थिति में कैसे पहुंचता है, और कैसे, कदम से कदम, नकारात्मक प्रतिक्रिया विन के समान ही होती है। यह अन्य उत्तरों में पर्याप्त रूप से संबोधित नहीं किया गया है।

मान लें कि op-amp में 10,000 का लाभ है, 15V की आपूर्ति है, और विन 5V है।

मेरी समझ के अनुसार, यह इस प्रकार है:

1. $V_{in}$ 5V है, इसलिए V_ 50,000V होना चाहिए। हालांकि, यह op-amp की बिजली की आपूर्ति से 15V तक सीमित है।$V_{out}$
2. $V_{out}$ लागू किया गया फिर वापस करने के लिए , लेकिन यह है घटाया से वजह से यह किया जा रहा है नकारात्मक प्रतिक्रिया$V_-$$V_{in}$
3. तो विभेदक इनपुट वोल्टेज अब 5V - 15V = -10V है
4. यह तब op-amp (-संतृप्ति के कारण) से -15 V तक बढ़ जाता है
5. अब -15 V को नकारात्मक प्रतिक्रिया के माध्यम से लागू किया जाता है , लेकिन दोहरे नकारात्मक के कारण इसे 5V में जोड़ा जाता है$V_{in}$
6. तो अब विभेदक इनपुट 20V है, और 15V है (संतृप्ति के कारण)$V_{out}$
7. ऐसा लगता है कि हर बार ऑप-एम्प संतृप्ति तक पहुंच जाएगा, लेकिन सिर्फ आउटपुट को उल्टा करता है

मैंने स्पष्ट रूप से यहां कुछ गलत किया है। आउटपुट इस तरह से 5V पर स्थिर होने वाला नहीं है। यह वास्तव में कैसे काम करता है?

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उत्कृष्ट उत्तरों के कारण, मैंने (मुझे लगता है) नकारात्मक प्रतिक्रिया के संचालन को समझा है। मेरी समझ के अनुसार, यह इस प्रकार है:

आइए सरलता के लिए कहते हैं कि इनपुट 5 वी के लिए एक आदर्श कदम है (अन्यथा आउटपुट क्षणिक इनपुट का पालन करेगा, जिससे सब कुछ 'निरंतर' हो जाएगा और चरणों में समझाना मुश्किल होगा)।

1. शुरुआत में, इनपुट 5V है, और अभी आउटपुट 0V पर है, और 0V को वापस फीड किया जा रहा है$V_{in}$
2. तो अब विभेदक वोल्टेज 5V है। चूंकि op-amp का लाभ 10,000 है, इसलिए यह 50,000V (व्यावहारिक रूप से आपूर्ति वोल्टेज द्वारा सीमित) का उत्पादन करना चाहेगा, इस प्रकार आउटपुट तेजी से बढ़ना शुरू हो जाएगा।$(V_+ - V_-)$
3. आइए उस बिंदु पर विचार करें जब यह आउटपुट 1V तक पहुंचता है।
4. अभी प्रतिक्रिया 1 वी के रूप में अच्छी तरह से होगी, और अंतर वोल्टेज 4 वी तक गिर जाएगा। अब op-amp का 'लक्ष्य' वोल्टेज 40,000V होगा (10,000 लाभ के कारण, और फिर से, बिजली की आपूर्ति द्वारा 15V तक सीमित)। इस प्रकार V_out तेजी से बढ़ता रहेगा।
5. आइए उस बिंदु पर विचार करें जब यह आउटपुट 4V तक पहुंचता है।
6. अब प्रतिक्रिया 4V पर भी होगी, और अंतर वोल्टेज 1V तक गिर जाएगा। अब op-amp 'लक्ष्य' 10,000V (आपूर्ति द्वारा 15V तक सीमित) है। इस प्रकार अभी भी बढ़ता रहेगा।$V_{out}$

उभरता हुआ पैटर्न है: विभेदक इनपुट V_out में वृद्धि का कारण बनता है, जो प्रतिक्रिया वोल्टेज में वृद्धि का कारण बनता है, जो विभेदक इनपुट में कमी का कारण बनता है, जो op-amp 'लक्ष्य' आउटपुट वोल्टेज को कम करता है। यह चक्र निरंतर है, जिसका अर्थ है कि हम इसे जांच के लिए और भी छोटे अंतराल में विभाजित कर सकते हैं। किसी भी तरह:

7. आइए उस बिंदु पर विचार करें, जब यह आउटपुट 4.9995V तक पहुंचता है। अभी प्रतिक्रिया 4.9995V है, इसलिए अंतर वोल्टेज 0.0005V गिर जाएगा । अब op-amp का लक्ष्य है 0.0005 वी * 10 , 000 = 5 वी ।$(V_{in} - V_- = 5V - 4.9995V = 0.0005V)$$0.0005V*10,000 = 5V$

हालांकि , अगर op-amp 4.9998V तक पहुंचता है, तो अब विभेदक वोल्टेज केवल 0.0002V होगा। इस प्रकार, सेशन-एम्पी आउटपुट 2 वी तक घट जाना चाहिए। ऐसा क्यों नहीं होता?

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मेरा मानना ​​है कि मैंने आखिरकार इस प्रक्रिया को समझ लिया है:

$V_{out}$

और अगर op-amp आउटपुट 4.9995V से कम हो जाता है, तो प्रतिक्रिया कम हो जाएगी, जिससे विभेदक वोल्टेज बढ़ जाएगा, जिससे op-amp आउटपुट 4.9995V पर वापस आ जाएगा।

$V_{out}$$V_{in}$$V_{out}$$V_{in}$$V_{in}$

Comments

यदि आप मानते हैं कि उत्पादन संक्रमण का समय शून्य नहीं है, तो सब कुछ स्पष्ट हो जाएगा।

— यूजीन श।

इस पर निर्भर करता है कि आपको इसकी आवश्यकता क्यों है।

— यूजीन श।

आप इसे चरण दर चरण नहीं बता सकते । कोई कदम नहीं हैं। यह निरंतर है। आपके प्रश्न में सभी 'तत्कालीन हैं। सब कुछ एक ही बार में होता है।

— user207421

यहां तक ​​कि एक निरंतर स्थिति को महत्वपूर्ण समय अंतराल पर निरीक्षण करके चरणों में तोड़ा जा सकता है, ताकि समझ में सहायता मिल सके।

— हसनैन

$\dot{v_o} = - v_o + K (v_+-v_-)$$v_- = v_o, v_+ = v_{\text{in}}$

Answer 1

"विन 5 वी है, इसलिए वाउट 50,000 वी होना चाहिए।"

क्यों? OpAmp + और - इनपुट के बीच के अंतर को बढ़ाता है, न कि केवल + इनपुट पर मूल्य!

ठीक है, आप इसके साथ शुरू कर सकते हैं: आउटपुट 0V पर है, और इनपुट (+ इनपुट से जुड़ा) 5V है। आपने जो किया है वह इनपुट के लिए 5V चरण लागू है।

अब क्या होता है कि OpAmp आउटपुट पर वोल्टेज बढ़ाना शुरू कर देता है। यह एक बार में ऐसा नहीं कर सकता है, इसलिए यह 'धीरे-धीरे' (कुछ के बजाय तेजी से मूल्य के लिए, जो ओपएम्प की दुनिया में एक तकनीकी नाम है: स्लेव दर, जो एक वास्तविक ओपैप की एक आयातक सीमा रेखा है) का उदय होगा। जब यह 5V तक पहुंच जाता है, तो इसे नकारात्मक इनपुट पर वापस भेज दिया जाता है, जिस समय यह 5V को + इनपुट पर मुआवजा देता है, इसलिए OpAmp अब अपने आउटपुट स्तर को बढ़ाने की कोशिश नहीं करता है। (वास्तव में सटीक होने के लिए: यह थोड़ा पहले होता है, जब अंतर 5V / 10k है।)

समय की विशेषताओं के आधार पर, आउटपुट 'धीरे-धीरे' 5V पर सेट हो सकता है, या 5V की देखरेख कर सकता है, 5V से नीचे गिर सकता है, आदि (5V की ओर दोलन)। यदि सर्किट को बुरी तरह से डिज़ाइन किया गया है तो दोलन बढ़ सकता है (और कभी समाप्त नहीं)।

Comments

राउटर सही है - चरण 1 और चरण 2 के बीच (प्रश्न में) चीजों का एक पूरा भार है जो चरण 3 को मूल रूप से अनावश्यक बनाता है।

— एंडी उर्फ

Answer 2

सबसे बुनियादी व्याख्या:

यहाँ व्यक्ति द्वारा दिए गए सेशन amp सर्किट को समझने का मेरा सहज तरीका है। ऑप amp के अंदर थोड़ा दोस्त तस्वीर। छोटे दोस्त में एक डिस्प्ले होता है जो कि + और - इनपुट्स के बीच वोल्टेज में अंतर को इंगित करता है। छोटे दोस्त के पास एक घुंडी भी है। नॉब आउटपुट वोल्टेज को समायोजित करता है, कहीं वोल्टेज रेल के बीच।

हमारे छोटे दोस्त का लक्ष्य दो वोल्टेज के बीच अंतर को शून्य करना है। वह घुंडी को तब तक चालू करेगा जब तक कि वह आउटपुट पर वोल्टेज नहीं पाता है, जो आपके द्वारा जुड़े सर्किट के आधार पर, उसके डिस्प्ले पर शून्य अंतर होता है।

तो "अनुक्रमिक" चरणों में:

1. बफर सर्किट में इनपुट 5 वी पर है। मान लेते हैं कि आउटपुट घुंडी शुरू में 0V पर है।
2. चूंकि इनपुट बफर कॉन्फ़िगरेशन में आउटपुट से सीधे जुड़ा हुआ है, इसलिए थोड़ा दोस्त के डिस्प्ले पर अंतर 5V है। वह इससे खुश नहीं हैं।
3. थोड़ा दोस्त वोल्टेज आउटपुट बढ़ाने के लिए घुंडी को मोड़ना शुरू कर देता है। यह करीब और करीब होता रहता है।
4. अंत में, जब वह डिस्प्ले पर 0V देखता है तो वह घुंडी बदलना बंद कर देता है। आउटपुट अब 5 वी पर होगा।

एक आदर्श Op एम्प के अंदर:

यह वास्तव में एक ऑप amp के अंदर थोड़ा दोस्त नहीं है: यह गणित है! यहाँ हम एक सेशन amp में लागू करने की कोशिश कर रहे हैं का एक प्रतिनिधित्व है:

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

यह हासिल करेगा कि कुछ सीमाओं के साथ छोटा दोस्त क्या हासिल करना चाहता था:

• छोटे दोस्त को पता है कि घुंडी को चालू करने का कौन सा तरीका हो सकता है, लेकिन यह नहीं हो सकता। हमें इसे ऐसे हुक करना होगा कि आउटपुट बढ़ने से अंतर कम हो।
• एक छोटी सी त्रुटि होगी यदि "बहुत सारे लाभ" वास्तव में अनंत नहीं हैं।
• हमें ध्यान से विचार करना होगा कि क्या सर्किट स्थिर होगा। इस विषय पर वहाँ बहुत कुछ है ।

एक असली सेशन Amp:

यहाँ एक असली सेशन amp (741) अंदर की तरह दिखता है:

ये ट्रांजिस्टर उपरोक्त गणितीय प्रतिनिधित्व को लागू करते हैं।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि व्यावहारिक मुद्दों की एक पूरी मेजबानी है जो वास्तविक ऑप amp का उपयोग करते समय संबोधित किया जाना चाहिए। कुछ नाम है:

• बायस करंट
• शोर
• आम मोड इनपुट वोल्टेज
• मौजूदा उत्पादन
• आपूर्ति वोल्टेज
• शक्ति का अपव्यय
• गतिशील व्यवहार और स्थिरता

लेकिन सभी ऑप amp सर्किट में, मेरा दिमाग हमेशा "थोड़ा दोस्त" स्पष्टीकरण के साथ शुरू होता है, जो कि क्या चल रहा है, इसका अंदाजा लगाने के लिए। फिर, यदि आवश्यक हो, तो मैं गणितीय विश्लेषण के साथ इसका विस्तार करता हूं। अंत में, यदि आवश्यक हो, तो मैं एक आवेदन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए क्या आवश्यक है का व्यावहारिक ज्ञान लागू करता हूं।

Answer 3

एक opAmp निरंतर समय में काम करता है न कि विवेकहीन समय में। इसका मतलब है कि कोई भी कार्रवाई तुरंत नहीं हो सकती है और कार्रवाई चरणों में नहीं होती है। यहां तक ​​कि अगर एक स्विच को वोल्टेज को पिन से जोड़ने के लिए फ़्लिप किया जाता है, तब भी इनपुट में एक क्षणिक वृद्धि का समय होता है और आउट लगातार जारी रहता है। यह आमतौर पर opAmp कार्रवाई के रूप में वर्णित है। एक मसाला मॉडल बस, एक मॉडल है। मॉडल opAmp में मौजूद सभी बारीकियों को शामिल नहीं करता है और न ही कर सकता है। यदि आप एक opAmp के क्षणिक प्रभावों का अध्ययन करना चाहते हैं, तो एक खरीदें और एक आस्टसीलस्कप के साथ इसे देखें। यह एकमात्र तरीका है जिससे आप प्रभावों का अध्ययन कर पाएंगे।

Answer 4

वास्तविक दुनिया में, ऑप एम्प में एक सीमित स्लीव रेट होता है। कुछ प्रकार के ऑप एम्प्स के लिए, स्लीव दर बहुत तेज हो सकती है, लेकिन यह कभी भी तात्कालिक नहीं है। जब ऑप amp का "+" इनपुट अधिक होता है, तब तक आउटपुट बहुत तेजी से बढ़ेगा जब तक कि यह पॉजिटिव रेल या "+" इनपुट तक नहीं पहुंच जाता है। जब "-" इनपुट अधिक होता है, तो आउटपुट बहुत जल्दी गिर जाएगा जब तक कि यह नकारात्मक रेल या "-" इनपुट तक नहीं पहुंच जाता है, "+" इनपुट से अधिक है।

अधिकांश ठीक से डिज़ाइन किए गए सर्किट में जो ऑप एम्प का उपयोग करते हैं, आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए आवश्यक सर्किट व्यवहार के पहलुओं को आउटपुट स्लीव दरों की एक महत्वपूर्ण श्रेणी के लिए समान रूप से अच्छी तरह से संतुष्ट होना चाहिए। उदाहरण के लिए, वोल्टेज अनुयायी के मामले में, इनपुट दर में बदलाव और आउटपुट के एक ही मूल्य पर पहुंचने के बीच की अवधि में थोड़ी सी दर घट जाएगी, लेकिन यह आउटपुट द्वारा पहुंच गए मूल्य को प्रभावित नहीं करेगा।

Answer 5

दरअसल, आप जिस घटना का वर्णन करते हैं, वह वास्तविक समस्या थी, जिस तरह से अंधेरे युग (1970) में वापस आ गई थी। आदरणीय LM310 वोल्ट फॉलोवर डेटा शीट में एप्लिकेशन संकेत (पृष्ठ 2 का निचला भाग) होता है जो स्थिरता बनाए रखने के लिए 10k ओम इनपुट रोकनेवाला की सिफारिश करता है।

यह भी ध्यान दें कि आपके तर्क को किसी भी op amp सर्किट पर लागू किया जा सकता है , और आपकी आपत्ति से निपटने के लिए एम्पलीफायर आवृत्ति प्रतिक्रिया पर विचार करना आवश्यक है, जो कि जिस तरह से मैं कवर कर सकता हूं उससे अधिक है। यह कहने के लिए पर्याप्त है कि, एक तरफ, आउटपुट तुरंत नहीं बदलता है (अन्य उत्तरदाताओं द्वारा उल्लिखित सीमित स्लीव दर, और दूसरी तरफ आंतरिक सर्किटरी परिवर्तन के प्रति भी प्रतिक्रिया देती है, इस पर विचार किया गया है)।

वास्तव में क्या होता है दूसरों द्वारा वर्णित किया गया है: आउटपुट दो इनपुटों के बीच अंतर को शून्य पर लाने के लिए प्रतिक्रिया करता है, और यदि सर्किट ठीक से डिज़ाइन किया गया है तो अंततः वहीं रहेगा। लेकिन आपको केवल यह दिखाने के लिए कि विषय जटिल है, इस पर विचार करें कि यदि आप आउटपुट को बहुत धीमा कर देते हैं (आउटपुट पर एक संधारित्र लगाकर) तो आप amp को भी दोलन कर सकते हैं ।

मुझे खेद है कि मैं और अधिक विवरण नहीं दे सकता, लेकिन इससे पहले कि मैं इसे समझाने की कोशिश कर सकता हूं, यह बहुत स्पष्ट है कि आपको बहुत अधिक पृष्ठभूमि की आवश्यकता है।

Answer 6

सकल उत्तर यह है कि नॉनपावरिंग (+) और इनवर्टिंग (-) इनपुट के लिए एक ही वोल्टेज पर होने के लिए जो भी वोल्टेज की जरूरत होती है, उसमें opamp का उत्पादन होता है। नतीजतन, अगर + इनपुट को 5 वोल्ट पर सेट किया गया है, तो कहेंगे, आउटपुट 5 वोल्ट तक सर्वो होगा, ताकि - इनपुट 5 वोल्ट पर होगा, यह मानते हुए कि ओम्पैम्प की रेल्स होने देंगी।

वास्तविकता में, हालांकि, आउटपुट वास्तव में कभी नहीं बसता है और हमेशा + इनपुट पर वोल्टेज के ऊपर और नीचे सर्विंग होता है।

कितना opamp के लाभ और बैंडविड्थ और बाहरी सर्किटरी पर निर्भर है, लेकिन यह एक अलग सवाल है।