Op-amp सर्किट में प्रतिक्रिया की आवश्यकता क्यों है?

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मैं समझता हूँ कि, एक op-amp के लिए सही ढंग से कार्य करने के लिए, आउटपुट से या तो inverting या नॉन-इनवर्टिंग इनपुट (बाहरी सर्किटरी के आधार पर) के लिए DC फीडबैक लूप की आवश्यकता होती है।

ऑप-एम्प्स का उपयोग करते समय डीसी फीडबैक का उद्देश्य क्या है? यह क्यों आवश्यक है और इसके बिना क्या प्रभाव पड़ेगा?

operational-amplifier amplifier dc feedback

— user1083734
स्रोत

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संबंधित: electronics.stackexchange.com/questions/13610/...

— clabacchio

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यह रोकनेवाला निर्माताओं के एक संघ द्वारा एक साजिश है।

— ओलिन लेट्रोप

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क्योंकि यह आश्चर्यजनक रूप से अच्छा काम करता है। अधिकांश इंजीनियरों के पास यह अनुभव नहीं है लेकिन वास्तव में आदर्श OpAmp धारणा के बिना नोडल विश्लेषण का उपयोग करें। इसे एक परिमित लाभ प्रवर्धक के रूप में समझें। आप देखेंगे कि आपको इसी तरह के परिणाम मिलेंगे, जब आप मानते हैं कि लाभ अनंत है, तो आपको एक आदर्श opamp मिलेगा।

— साइबरमेन

@OlinLathrop कैसे वे वोल्टेज अनुयायियों पर प्रतिबंध नहीं लगाया?

— दिमित्री ग्रिगोरीव

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एक आदर्श opamp में अनंत लाभ है। यह + और - पिन के बीच वोल्टेज में अंतर को बढ़ाता है। बेशक यह लाभ अनंत नहीं है, लेकिन अभी भी काफी बड़ा है।

Opamp का आउटपुट (कुछ इनपुट पर भी विस्तार करता है) बिजली की आपूर्ति से विवश है, हम आपूर्ति में जितना डालते हैं उससे अधिक बाहर नहीं निकल सकते हैं।

अगर हम बिना किसी प्रतिक्रिया के सिर्फ़ ओपैम्प में सिग्नल लगाते हैं, तो यह उन्हें अनंत से गुणा करेगा और एक बाइनरी आउटपुट मिलेगा (यह आपूर्ति रेल पर संतृप्त होगा)

इसलिए, हमें लाभ को नियंत्रित करने के कुछ तरीके की आवश्यकता है। यही फीडबैक करता है।

फीडबैक (DC और साथ ही AC) इनपुट से प्रवर्धित आउटपुट का हिस्सा लेता है, जैसे कि फीडबैक नेटवर्क द्वारा लाभ को अधिक विवश किया जाता है, जो कि अनुमानित है, और बड़े पैमाने पर (और अप्रत्याशित) ओपन लूप लाभ से बहुत कम है।

यहां तक कि एक एसी केवल सर्किट में हमें अभी भी फीडबैक की आवश्यकता है जो डीसी (शून्य हर्ट्ज) पर काम करता है या लाभ केवल डीसी संकेतों के लिए खुले लूप का होगा। आप एसी संकेत हालांकि विवश होकर डीसी ओपन लूप गेन द्वारा स्वाइप किया जाएगा।

— जेसन मॉर्गन
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प्रतिक्रिया के बिना OpAmp एक तुलनित्र के रूप में काम करता है, इसलिए आउटपुट पूरी तरह से अर्थहीन नहीं है।

— starblue

सभी opamps एक तुलनित्र का काम करेंगे, एक तुलनित्र के लिए आपको बस उसी का उपयोग करना चाहिए। कई तुलनात्मक रूप से एक बहुत अच्छा opamp के रूप में काम नहीं करेगा। यह एक सा कहना है कि एक रोकनेवाला एक फ्यूज की तरह काम करता है। हाँ यह करता है, लेकिन यह आम तौर पर एक अच्छा विचार नहीं है। (हालांकि मुझे कम से कम एक डिज़ाइन का पता है कि वह कहाँ है!)

— जेसन मॉर्गन

.... शायद मुझे यह भी शामिल करना चाहिए कि कुछ ऑप्स बहुत ही अजीब चीजें करते हैं जब रेल को संचालित किया जाता है या उनकी सीएम रेंज को ओवरडाइव किया जाता है।

— जेसन मॉर्गन

तुम अब भी यह कर सकते हैं, संपादन जवाब: आप भी संपादन (पाठ की बाईं तल में बटन) के माध्यम से अपनी पोस्ट को बेहतर बनाने के लिए प्रोत्साहित किया जाता है

— clabacchio

@JasonMorgan: समस्या केवल सामान्य-मोड श्रेणी नहीं है। कुछ सेशन एम्प्स अजीब तरह से व्यवहार करेंगे यदि इनपुट के बीच वोल्टेज अंतर बहुत बढ़िया हो जाता है, भले ही दोनों इनपुट डिवाइस को संभालने की सीमा के भीतर हों।

— सुपरकैट

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आप पहले से ही जानते हैं कि एक opamp में बहुत अधिक ओपन-लूप प्रवर्धन होता है, आमतौर पर 100 000 बार। आइए सबसे सरल प्रतिक्रिया स्थिति को देखें:

enter image description here

Opamp और बीच अंतर को बढ़ाएगा : $V_+$ $V_-$

$V_{OUT} = 100 000 \times (V_+ - V_-)$

अब और , तब $V_+ = V_{IN}$ $V- = V_{OUT}$

$V_{OUT} = 100 000 \times (V_{IN} - V_{OUT})$

या, पुन: व्यवस्थित करना:

$V_{OUT} = \dfrac{100 000}{100 000 + 1} \times V_{IN}$

यह उतना ही अच्छा है

$V_{OUT} = V_{IN}$

$\times$

प्रतिक्रिया 1. के लिए बहुत अधिक खुले लूप प्रवर्धन को कम करती है । ध्यान दें कि प्राप्त करने के लिए उच्च प्रवर्धन की आवश्यकता होती है $\times$ $V_{OUT}$ $V_{IN}$

फीडबैक में आउटपुट वोल्टेज के केवल एक अंश का उपयोग करके अब संपादित करें हम प्रवर्धन को नियंत्रित कर सकते हैं।

enter image description here

फिर

$V_{OUT} = 100 000 \times (V_+ - V_-)$

$V_+ = V_{IN}$ $V- = \dfrac{R1}{R1+R2} \times V_{OUT}$

$V_{OUT} = 100 000 \times (V_{IN} - \dfrac{R1}{R1+R2} \times V_{OUT})$

या:

$V_{OUT} = \dfrac{100000 \times V_{IN}}{\dfrac{R1}{R1+R2} \times 100000 + 1}$

The term "1" can be ignored, so that

$V_{OUT} = \dfrac{R1+R2}{R1} \times V_{IN}$

Notice that in both the voltage follower and this non-inverting amplifier the actual amplification factor of the opamp cancels provided it is high enough (>> 1).

— stevenvh
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The ideal op-amp has infinite gain, and this is of little use in analog electronics. The feedback is used to limit the gain of the circuit. You can find many examples in the wiki article.

Consider the simple feedback loop:

enter image description here

$Vout = A \cdot Vx$

$Vf = F \cdot Vout$

$Vx = Vin - Vf = Vin - FVout$

$Vout = A \cdot Vin - A \cdot F \cdot Vout$

$Av = \frac{Vout}{Vin} = \frac{A}{1+AF}$

In the case of the op-amp, its gain defines A: it will be a quite nasty function, because these amplifier are made for just giving brutal gain, and won't have a nice linear function. Luckily, if you look at Av, if A is big enough it will cancel the 1 and itself leaving 1/F to determine the gain.

In the case of the non-inverting amplifier, the block F is a voltage divider, so it will be something like 1/X. This will set the gain of the amplifier to X.

In the case of real op-amps, A won't be infinite, but big enough to allow cancelling it in the DC gain equation. And the advantages of feedback are even more, like increasing bandwith, linearity, S/N ratio and more. For instance, in a closed loop the gain is determined only by the inverse of the feedback gain, provided that the op-amp gain is big enough.

Actually, one resistor only is not that useful as a feedback, as it behaves the same as a short circuit. A voltage divider to ground makes it behave like a fixed ratio multiplier of the same factor (for the same reason mentioned above).

— clabacchio
स्रोत

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Thanks, I understand that a feedback is primarily needed to control the gain of the amplifier, so whatever the feedback gain, the amplifier gain will be equal to its inverse. Is that correct?

— user1083734

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And do I understand correctly that the single resistor between output and input is not effective because it will not alter/divide up Vout and so the amplifier gain will be the same as its open loop gain, without any feedback. I am not sure on this last point.

— user1083734

@user1083734 it's right: if you understand how the op-amp works, and what is the transfer function of the feedback circuit, you are a step closer to understand the whole circuit

— clabacchio

Is the feedback transfer function the same as the transfer function of the whole circuit? I can calculate the latter, but do not know how to calculate the former.

— user1083734

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The purpose of DC feedback is to define what you want the op-amp to do, i.e. what its output voltage will be. Without it, the output will rise or fall until it hits the power rails.

This can be useful, and there is a large market for op-amps specialized to work this way, called "comparators".

A comparator is simple: if the + input is greater than the - input, the output is +Vcc. Otherwise, the output is −Vee. The schematic symbol is the same as an op-amp, and they can even with sufficient effort be coaxed into working in both roles, but in practice, the two types are highly specialized, and such efforts are not really worth it.

With the DC feedback path, an op-amp can be stable at some point other than "output hard against the rails", and the circuit is generally designed to find that point.

Rather than thinking about it statically, think about an op-amp as an integrator. Whenever its + input is greater than its − input, an op-amp's output will RISE, rapidly. This rise should being the inputs closer together, finally stopping when they are equal. Likewise, + input less than − input will cause the output to fall. The feedback is generally to the − input because that's the simplest way to make a circuit that works this way.

— Daniel Martin
स्रोत

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"This rise should being the inputs closer together, finally stopping when they are equal." You don't explain why that happens.

— stevenvh

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A typical power supply error amplifier has no DC feedback path:

Sipex app note - error amplifier

I can assure you, however, that this amplifier works quite well.

Visualize this error amplifier controlling a buck converter. Vcomp would be used to control the duty cycle of a switch, which controls current flow through an inductor and controls Vout. As Vcomp increases, so does the duty cycle, which causes Vout to increase and Vcomp to decrease. The compensation network will increase or decrease Vcomp in a controlled manner, to force Vout to match Vref (as closely as the opamp will allow).

[ Of course, the power train is providing some semblance of DC feedback, but I digress :) ]

— Adam Lawrence
स्रोत

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I think you are overcomplicating things trying to find an exception to OP's answer, especially because he's asking about feedback (try to abstract from him mentioning a resistor) and your circuit actually HAS feedback, but only for AC signals.

— clabacchio

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The circuit depends on DC feedback also. It's just not shown in the circuit. The circuit shown is not the complete amplifier. Vcomp controls the duty cycle of a switch which then controls Vout, and this is effectively a DC feedback path. There has to be DC feedback, otherwise what will stabilize the amplifier? The AC local feedback will not do that.

— Kaz

@Kaz I guess Olin is the only person allowed to have some fun here.

— Adam Lawrence

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DC feedback in op-amp uses due to stability, also op-amp gain is too high so we use feedback to have a specific gain in output

— aazp
स्रोत

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"DC feeback in opamp uses due to stability" makes no sense, at least in English.

— Olin Lathrop