Op amp विश्लेषण: "नकारात्मक प्रतिक्रिया नियम" कब लागू होते हैं?

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जब हम op amp सर्किट बनाते हैं जो नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करते हैं, जैसे:

... हम नकारात्मक प्रतिक्रिया के कारण उस (यह मानते हुए कि op amp आदर्श है, निश्चित रूप से आदर्श है) के द्वारा, हम बहुत आसानी से सर्किट का विश्लेषण कर सकते हैं ।

v^{-} = v^{+}

$v^- = v^+$

स्पष्ट उच्च-सटीक मामलों के अलावा जहां ये सरलीकृत मॉडल टूट जाते हैं, यह कब है और यह कब मान्य नहीं है?
उदाहरण के लिए, यदि हम किसी अन्य तत्व के साथ प्रतिक्रिया रोकनेवाला को प्रतिस्थापित करते हैं - शायद एक संधारित्र, प्रारंभ करनेवाला, डायोड (नियमित सिलिकॉन डायोड, जेनर डायोड, आदि), या उनके और अन्य सामान्य सर्किट तत्वों के कुछ संयोजन - हम कैसे जानते हैं कि यह कहां है सरलीकरण वैध है?
इसके अलावा, भले ही हम फीडबैक तत्व के रूप में एक प्रतिरोधक के साथ रहें, क्योंकि प्रतिरोध बहुत अधिक, बहुत अधिक हो जाता है, कुछ बिंदु पर हम बहुत हद तक इसे एक खुला सर्किट मान सकते हैं, और इसलिए स्पष्ट रूप से यह मॉडल रास्ते में कहीं भी टूट जाता है।

तो, सवाल यह है कि उपयोगी परिणामों को देने के लिए यह बाधा क्या है?

संपादित करें:

एक अन्य उदाहरण के लिए, मूल इनवर्टिंग लॉग एम्पलीफायर सर्किट पर विचार करें:

यदि हम शॉक्ले डायोड समीकरण को हल करते हैं

i_{D} = I_{S} (e^{v D / V T} - 1)

$i_D = I_S(e^{vD/VT} - 1)$

लिए, हमें (1 को अनदेखा करना, जो कि ज्यादातर अप्रासंगिक है क्योंकि घातांक बहुत बड़ा होगा)

v_{D} = V T \ln (\frac{i_{D}}{I_{S}})

$v_D = VT \ln{\left(\frac{i_D}{I_S} \right)}$

अगर हम उस को देखने के लिए वर्चुअल शॉर्ट विधि का उपयोग करते हैं, तो हमें आउटपुट के लिए सही अभिव्यक्ति मिलती है:

i_{D} = \frac{v_{i n} - 0}{R_{i n}}

$i_D = \frac{v_{in} - 0}{R_{in}}$

v_{o u t} = - V T \cdot \ln (\frac{v_{i n}}{I_{S} R_{i n}})

$v_{out} = -VT \cdot \ln{\left( \frac{v_{in}}{I_S R_{in}} \right)}$

तो, वर्चुअल शॉर्ट मेथड यहां काम करता है। लेकिन चूंकि यह डायोड एक ओपन सर्किट होगा जब मुझे यकीन नहीं है कि पहले से कैसे पता लगाया जाए कि विश्लेषण मान्य होगा।

v_{o u t} > v^{-}

$v_{out} > v^-$

— exscape
स्रोत

एक आदर्श ऑप-एम्पी के साथ, +और -टर्मिनल एक सर्किट में ऑप-एएमपी के उपयोग के बराबर स्वतंत्र होंगे।

— kevlar1818

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@ kevlar1818 यह कैसे काम करेगा? यदि आउटपुट और इनपुट के बीच कोई संबंध नहीं है, तो यह संभवतः इनपुट कैसे बदल सकता है?

— Exscape

स्पष्टीकरण के लिए मेरा जवाब देखें।

— kevlar1818

@ kevlar1818: यह धारणा कि ऑप एम्पी इनपुट कुछ मापों में न के बराबर होता है, न केवल ऑप एम्प आदर्श होने पर, बल्कि सर्किट में अन्य घटकों पर भी निर्भर करता है। यदि सर्किट में अन्य घटक आउटपुट वोल्टेज के संबंध में प्रतिक्रिया पथ वोल्टेज के पहले व्युत्पन्न को शून्य होने का कारण बनते हैं (जैसा कि हो सकता है कि कोई असंबद्ध आरसी विलंब हो), तो ऑप amp तुरंत प्रतिक्रिया में इनपुट को संतुलित करने में सक्षम नहीं होगा। एक कदम उत्तेजना के लिए।

— सुपरकैट

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जैसा आपने कहा, यह तथ्य यह है कि दो opamp आदानों के लगभग बराबर होगा एक सरलीकरण है और मापदंडों पर निर्भर करता है अक्सर स्पष्ट रूप से नहीं कहा जाता है। यह एक अच्छा प्रश्न है कि आपके द्वारा उपयोग किए जाने वाले किसी भी शॉर्टकट या नियम की सीमाओं को जानना आवश्यक है।

जैसा कि क्लैबचियो ने पहले ही कहा था, एक स्थान पर धारणा का उल्लंघन किया जाता है कि अगर ओपैंप आउटपुट क्लिप किया गया है, या वांछित संकेत बनाने के लिए इसकी उपलब्ध सीमा से अधिक की आवश्यकता होगी। धारणा को अमान्य बनाने वाले अन्य कारणों में शामिल हैं:

प्रतिक्रिया नकारात्मक नहीं है। यह मूर्खतापूर्ण लग सकता है, लेकिन मैंने वास्तव में किसी को एक साक्षात्कार में एक साधारण ऑप्स हिस्टैरिसीस सर्किट दिखाया है और उन्हें इनपुट वोल्टेज के एक फ़ंक्शन के रूप में आउटपुट वोल्टेज का एक भूखंड खींचने के लिए कहा है। एक से अधिक अभ्यर्थी ने यह कहना शुरू कर दिया कि opamp अपने दो इनपुट को एक जैसा रखने की कोशिश करेगा, और फिर खुद को वहाँ से एक गहरे छेद में खोदा। कहने की जरूरत नहीं है, उन छोटे साक्षात्कार थे।
लाभ पर्याप्त नहीं है। ध्यान दें कि इनपुट को बराबर रखने का नियम असीम लाभ देता है। इसी तरह नियम है कि लाभ = -आरएफ / रिन अनंत लाभ मानता है। आम तौर पर opamp खुला लूप लाभ लगभग 100k या अधिक है और हम एक मंच से 100 या अधिक से अधिक 1000 के लिए नहीं पूछते हैं, तो ऐसा लगता है कि यह एक छोटा मुद्दा है।

हालांकि, यह लाभ पर आवृत्ति के प्रभाव के बारे में भूल जाता है। डीसी में 100k ओपन लूप वोल्टेज लाभ के लिए 1 मेगाहर्ट्ज ओपैंप निर्दिष्ट किया जा सकता है, लेकिन अगर आप इसे ऑडियो के लिए उपयोग करते हैं और 20 kHz पास करना चाहते हैं, तो आपके पास केवल 50 सबसे खराब स्थिति का ओपन लूप लाभ है। यदि आप 25 के लाभ के लिए फ़ीडबैक रेसिस्टर्स सेट करते हैं, तो यह केवल उच्च अंत में 2x हेडरूम छोड़ता है, जो उच्च आवृत्तियों पर बंद लूप लाभ को गंभीरता से कम करेगा।
स्लीव रेट लिमिटेशन। यहां तक कि पर्याप्त लाभ और उचित प्रतिक्रिया के साथ, opamp केवल अपना आउटपुट इतनी तेजी से बदल सकता है। यही कारण है कि slew दर कल्पना के लिए है। लाभ * बैंडविड्थ उत्पाद छोटे संकेतों के लिए है। बड़े आयाम सिग्नल स्लीव दर मुद्दों में चल सकते हैं। अधिकांश opamps के लिए, पूर्ण स्विंग आउटपुट सिग्नल बल्कि कम आवृत्ति है कि क्या लाभ * बैंडविड्थ उत्पाद निहित है।

— ओलिन लेट्रोप
स्रोत

अच्छा उत्तर। मैं, opamp चाहिए आदर्श हो सकता है क्योंकि अन्यथा hyphothesis हमेशा गलत है :)

— clabacchio

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जब तक Op-amp इनपुट को एक निश्चित वोल्टेज पर आउटपुट ड्राइविंग के बराबर सेट कर सकता है, यह होगा।

यह धारणा तब गिरती है जब यह नहीं हो सकता है, जैसे कि फीडबैक (सकारात्मक या नकारात्मक) में इसका ओपन सर्किट है। फिर, यह एक रेल को संतृप्त करेगा, जिसके आधार पर इनपुट उच्चतर संचालित होता है। ध्यान दें कि ओपन सर्किट फीडबैक एक उलट डायोड भी हो सकता है।

एक और मामला हो सकता है अगर वोल्टेज जो इनपुट पर संतुलन की अनुमति देता है, संतृप्ति वोल्टेज से परे है। फिर से, ऑप-एम्प संतृप्त होगा और इनपुट असंतुलित होगा।

लेकिन इनपुट क्यों बराबर होना चाहिए?

Op-amp में तीन ऑपरेटिंग क्षेत्र होते हैं, एक को उच्च-लाभ क्षेत्र, और दो संतृप्ति क्षेत्र कहा जाता है। यह नियम कि इनपुट्स केवल उच्च लाभ क्षेत्र के लिए समान होनी चाहिए, और इस तथ्य से आती है कि आदर्श op-amp के लिए:

V_{o u t} = \infty (V_{d}) = \infty (V_{+} - V_{-})

$V_{out} = \infty (V_d) = \infty (V_+ - V_-)$

जिसका अर्थ है कि आउटपुट वोल्टेज केवल तभी परिमित होता है जब इनपुट वोल्टेज बराबर होते हैं, इसलिए op-amp आउटपुट वोल्टेज को उस मान पर मजबूर कर देगा जो अंतर को शून्य करता है।

जब op-amp संतृप्त होता है, हालांकि, आउटपुट वोल्टेज बस द्वारा दिया जाता है

V_{o u t} = V_{s a t}

$V_{out} = V_{sat}$

जिसका अर्थ है कि ऑप-एम्प इनपुट को बराबर सेट करने की पूरी कोशिश कर रहा है, लेकिन यह एक अमोघ दीवार के खिलाफ टकरा रहा है। तो आउटपुट वोल्टेज को संतुष्ट करने के लिए इनपुट असंतुलित हो सकते हैं।

आपके उदाहरण में, आप पा सकते हैं कि इनपुट के बराबर या उससे अधिक होने पर op-amp संतृप्त हो जाता है:

V_{i n}^{S A T -} = - V_{S A T -} \frac{R_{i n}}{R_{f}}

$V_{in}^{SAT-} = - V_{SAT-}\frac{R_{in}}{R_{f}}$

आपके उदाहरण सर्किट में, जब विन नकारात्मक है, तो V + अधिक होगा और फिर आउटपुट संतृप्त होगा। फिर संतुलन को बहाल करने के लिए कोई उपाय नहीं है, क्योंकि डायोड उलट जाएगा, इसलिए प्रत्येक नकारात्मक इनपुट के लिए आउटपुट संतृप्ति वोल्टेज होगा।

— clabacchio
स्रोत

धन्यवाद, लेकिन मुझे पता था कि पहले से ही (मैंने कई अलग-अलग ऑप सर्किट के टन का विश्लेषण किया है, लेकिन उन सभी में एक चीज समान थी: यह आमतौर पर स्पष्ट था कि यह विधि लागू होगी या नहीं)। मुझे लगता है कि मैं एक खुले सर्किट के रूप में क्या गिना जाता है के बारे में उलझन में हूं - उदाहरण के लिए, एक डायोड एक (एक आदर्श एक, कम से कम) हो सकता है, लेकिन विधि अभी भी वहां काम करती दिखाई देती है। मैंने लॉग amp का उदाहरण जोड़ा।

— Exscape

मैंने आपको सिर्फ उन पुराने दिनों में याद किया है! मैं संतृप्ति के फार्मूले (पिछले एक) के बारे में उत्सुक हूं। क्या आप मुझे उस फॉर्मूले का संदर्भ दे सकते हैं, इसके बजाय आप इसके बारे में अधिक बात करने के लिए

— कहेंगे

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में इस सवाल का जवाब मैं हस्तांतरण समारोह की व्युत्पत्ति बनाने के लिए और कारण है कि हम मान लें कि कर सकते हैं दोनों आदानों बराबर हैं के साथ समाप्त।

गणना में एक मामूली सरलीकरण है, जो कि ओपन लूप का लाभ बहुत अधिक होने पर क्षम्य है। यह ज्यादातर ओप्संस के लिए सच है, मैंने 100 000 का आंकड़ा इस्तेमाल किया।

मैंने जिस बारे में बात नहीं की वह ऑफसेट त्रुटि है। यह इनपुट पिंस के बीच एक वोल्टेज अंतर है जिसे प्रवर्धित किया जाएगा -Rf / Rin। यदि आप 1000 प्रवर्धन के लिए चुनते हैं तो 0.25mV ऑफ़सेट आउटपुट पर 250mV त्रुटि दिखा सकता है । कुछ opamps में एक ऑफसेट अशक्त विकल्प होता है, जो आपको एक पोटेंशियोमीटर के माध्यम से ऑफसेट को दूर करने की अनुमति देता है। वैसे भी, अपने opamp के प्रवर्धन को सीमित करें। $\times$

— stevenvh
स्रोत