Erstens verstärkt ein klassischer Operationsverstärker den UNTERSCHIED in den Spannungen an den Anschlüssen + und -.

In den ersten anderthalb Jahren hat ein Operationsverstärker eine SEHR hohe Spannungsverstärkung.

Zweitens liefert jede lineare Schaltung, die einen Operationsverstärker verwendet, einen Rückkopplungspfad vom Ausgang zum - Eingang.

Dadurch wird ein Regelkreis erstellt, bei dem der gesamte Punkt des Rückkopplungspfads darin besteht, die Differenz zwischen den beiden Eingängen auf Null zu setzen. Im Normalbetrieb treibt der Operationsverstärker im Schaltkreis diese Differenz aktiv auf Null. Für die Analyse der Schaltung ist es im Allgemeinen gut genug anzunehmen, dass die Differenz Null ist

Beginnen Sie mit der klassischen nichtinvertierenden Pufferstufe, bei der der Eingang dem + Eingang und der Ausgang dem - Eingang zugeführt wird. Der einzige Ausgangswert, der eine Differenz von Null ergibt, ist Vout = V + (die Spannung am + Eingang).

Betrachten Sie den klassischen invertierenden Puffer mit Einheitsverstärkung, bei dem der Eingang + mit Masse verbunden ist, das Signal über einen Widerstand an den Eingang - angelegt wird und ein gleicher Widerstand den Eingang - mit dem Ausgang verbindet. Der Operationsverstärker versucht, den - Eingang auf Masse zu bringen. Wenn sich das Eingangssignal über dem Boden befindet, muss Strom im Eingangswiderstand fließen und versuchen, in den Eingang zu fließen. Dies würde eine Offset-Spannung über der Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers induzieren, die vom Operationsverstärker verstärkt wird und die eine Ausgangsspannung erzeugt, die wiederum Strom durch den Rückkopplungswiderstand erzeugt. Wenn der Strom im Eingangswiderstand gleich dem Strom im Rückkopplungswiderstand ist, ist kein Strom mehr vorhanden, um eine Offset-Spannung am Eingang - zu induzieren, und der Verstärker ist zufrieden.

Typische Operationsverstärker haben Gleichstromverstärkungen im Bereich von 10 ^ 5 bis 10 ^ 6. Das heißt, wenn sich der Ausgang innerhalb der Schienen befindet, beispielsweise 0 bis 5 V oder +/- 15 V, wird der Eingang tatsächlich in Mikrovolt gemessen.

Wie Sie sagen, ist dies nahe genug an Null, um für viele Zwecke als Null angesehen zu werden.

Einer der Zwecke, für die Eingang = 0 V eine ausreichend gute Annäherung ist, ist die Lösung der Gleichstromverstärkung eines rückgekoppelten Verstärkers. Typischerweise ziehen mehrere Widerstände Strom aus Eingangs- und Ausgangsspannungen, die in Volt gemessen werden, und summieren ihre Ströme an einem der Eingangsanschlüsse des Verstärkers. Ob dieser Anschluss eine Spannung von 0 uV oder 10 uV hat, ist für die meisten Zwecke unerheblich, da der Fehler Teile pro Million beträgt.

In der Regel werden die Eingangsversatzfehler des Verstärkers in mV gemessen. Bei genauen Systemen müssen wir uns also lange bevor wir uns darum kümmern müssen, ob die Eingangsspannung wirklich Null ist oder nicht, um Eingangsversätze kümmern.

Für einen idealen Opamp, bei dem die Verstärkung unendlich ist, ist die Eingangsspannung theoretisch Null.

Alle Berechnungen basieren nicht auf einer differentiellen Eingangsspannung von Null, sondern nur auf ungefähren Berechnungen.Es ist normalerweise eine ziemlich gute Annäherung bei Gleichstrom, wenn der Operationsverstärker ein Präzisionstyp ist (hohe Verstärkung, niedrige Eingangsversatzspannung und niedrige Eingangsvorspannungsströme und Versatzstrom relativ zu den Widerstandswerten).Oft ist sie kleiner als die Eingangsoffsetspannung (normalerweise jedoch nicht bei Null-Drift-Typen).

Wenn Sie jedoch die endliche Verstärkung des Operationsverstärkers im offenen Regelkreis (sowie die Offset-Spannung und das CMRR) berücksichtigen möchten, müssen Sie eine etwas komplexere Berechnung durchführen, und in jedem Fall müssen Sie berücksichtigen, dass dieDie differentielle Eingangsspannung beträgt nur ungefähr Null.

Da die Verstärkung im offenen Regelkreis mit der Frequenz abnimmt (normalerweise bei -20 dB / Dekade über etwa 10 Hz), ist es nicht schwer, bei höheren Frequenzen einen signifikanten Verstärkungsfehler im geschlossenen Regelkreis zu haben, insbesondere wenn Sie eine höhere Frequenz und / oder habenhöhere ideale Verstärkung im geschlossenen Regelkreis.

Überall hier, in den Lehrbüchern oder im Internet, die Mathematik Berechnungen basieren auf der Tatsache, dass die Spannung invertiert und Nicht invertierende Klemmen sind also genau gleich conceptually, wir sollten eine Ausgangsspannung von Null haben, und das ist nicht die Punkt, weil diese Schaltung nichts verstärken wird.

Wenn Sie konzeptionell (Ihr Wort) sprechen, dann betrachten Sie das Konzept eines idealen Operationsverstärkers mit unendlicher Verstärkung - der dann 0 Volt in einen Wert umwandeln kann, der für diese Verwendung nützlich isteher theoretische Übung.

Ich habe auch eine Weile gebraucht, um meinen Kopf herumzuwickeln.

Am besten habe ich mir einen einfachen invertierenden Verstärker angesehen:

Die Standardmethode zum Lösen dieser Schaltung besteht darin, anzunehmen, dass + und - gleich sind (in diesem Fall GND) und dem Opamp eine unendliche Verstärkung zu geben.Wählen Sie einige Werte aus und arbeiten Sie sie von Hand durch.

Tun Sie dann, was Sie vorschlagen, und verwenden Sie einen echten Operationsverstärker.Gehen Sie zu CircuitLab und simulieren Sie dieselbe Schaltung mit einem realen Operationsverstärker wie einem 741 oder einem ähnlichen.

Beachten Sie, wie ähnlich die beiden Ergebnisse sind.Sobald Sie es selbst so sehen, werden Sie verstehen, warum die Approximation funktioniert.

Ja, es gibt einen winzigen Unterschied zwischen den Terminals + und -, aber er ist so klein, dass Sie ihn im Grunde genommen als kurz bezeichnen können, um Ihre Berechnungen schnell zu machen.Sie sehen das viel in EE.Eine rechnerische Abkürzung, mit der Sie häufig schnell rechnen können, beschreibt die Physik nicht genau.

Die Nulldifferenz zwischen den Eingängen des Operationsverstärkers ist eine Annahme, die nützlich ist, um eine grundlegende Analyse einer Operationsverstärkerschaltung durchzuführen und ein nützliches Verständnis des Schaltungsbetriebs zu erreichen. In der Realität gibt es immer eine Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen. Wenn es eine Situation gäbe, in der die Eingänge genau die gleiche Spannung haben, würde, wie Sie gesehen haben, kein Strom aus dem Differenzverstärker der Eingangsstufe, kein Strom zur Basis der Ausgangstreiberstufe und daher die Ausgangsspannung beginnen ändern, aber es müsste sich nicht sehr weit ändern, bevor die Rückkopplung eine kleine Differenzspannung am Eingang verursacht, die durch die Differenzeingangsstufe und die Spannungsverstärkungsstufe verstärkt wird, wodurch verhindert wird, dass sich der Ausgang weiter ändert. Der Ausgang hat sich mit einer kleinen Spannungsdifferenz am Eingang stabilisiert. Wenn der Ausgang steigt, nimmt die Eingangsdifferenz zu und schaltet den Ausgangstreiber härter ein. Wenn er fällt, nimmt die Eingangsdifferenz ab, der Ausgangstreiber verringert den Antrieb und der Ausgang steigt. Der Ausgang hat sich stabilisiert. Die Ausgabe ist mit einem kleinen Fehler zum Stillstand gekommen. Je höher die Open-Loop-Verstärkung des Operationsverstärkers ist, desto kleiner ist dieser Fehler und desto geringer ist die Differenz zwischen den Eingängen. Präzisions-Operationsverstärker haben eine hohe Verstärkung.

Die obige Beschreibung gilt für DC. Die Situation für AC ist etwas anders. Bei Wechselstrom schwingt ein Operationsverstärkereingang um den anderen Eingang, wenn sich der Eingang der Schaltung auf und ab bewegt, was zu einer Änderung der Differenzspannung an den Eingängen führt. Die Amplitude der Eingangsdifferenzspannung hängt von der Frequenz ab. Mit zunehmender Frequenz verringert sich die Verstärkung im offenen Regelkreis aufgrund der dominanten Polkompensation, die durch den Müllerkondensator um die Ausgangstreiberstufe verursacht wird. Wenn sich die Verstärkung im offenen Regelkreis verringert, muss am Ausgang ein größerer "Fehler" auftreten, um eine größere Differenzspannung an den Eingängen zu erzeugen. Für den Gleichstrombetrieb ist dieser Fehler am Ausgang tatsächlich ein Fehler, für den Wechselstrombetrieb ist der Fehler am Ausgang eine Phasenverzögerung. Wenn die Frequenz zunimmt, nimmt die Verstärkung im offenen Regelkreis ab und die Verzögerung der Ausgangsphase nimmt zu, wobei sie bei einer Frequenz von -3 dB auf 45 Grad ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt kann der Unterschied zwischen den Eingängen ziemlich groß sein. Denken Sie daran, dass der Ausgang des Operationsverstärkers weitgehend von der Verstärkung des geschlossenen Regelkreises bestimmt wird, die vom Widerstandsnetzwerk um den Operationsverstärker bestimmt wird. Die Differenzspannung am Eingang wird jedoch durch die Verstärkung im offenen Regelkreis bestimmt. Die Amplitude der Spannung am Ausgang entspricht der Amplitude des Eingangsspannungsdifferenzsignals mal der Verstärkung im offenen Regelkreis.