Inverter op-amp diikuti oleh buffer. Mengapa?

Dalam suatu skema saya sudah mencoba memahami bahwa saya menemukan sub-sirkuit ini:

Ini adalah op-amp inverter yang langsung diikuti oleh buffer. VIN berasal dari DAC dalam mikrokontroler dan sirkuit ini menghasilkan VOUT yang merupakan VIN negatif. Op-amp dipasok oleh rel positif dan negatif (tidak ditampilkan di sini). Sejauh ini baik.

Tapi saya tidak sepenuhnya melihat alasan menggunakan OA2 di sirkuit ini. Satu-satunya alasan yang dapat saya lihat adalah ini: Tanpa buffer (OA2) beban tiba-tiba di VOUT akan menarik arus dari VIN sampai umpan balik OA1 op-amp menyesuaikan (sekitar 1μs). Dengan buffer (OA2) ini bukan lagi masalahnya. Apakah saya benar? Atau apakah saya melewatkan sesuatu?

Kamu benar. Dalam kebanyakan kasus ini konyol, menambah tegangan offset, dan menggunakan bagian lain. Kemungkinan besar ini hanya reaksi sentakan lutut seseorang, atau secara membabi buta mengikuti aturan "selalu sangga sinyal" tanpa memikirkannya terlalu keras. Tidak semua skema di luar sana adalah hasil dari desain yang bagus.

Ada beberapa keuntungan halus untuk opamp buffer-only kedua:

1. Umpan balik saat ini melalui R2 memakan total kemampuan arus keluaran OA1. OA2 memiliki semua kemampuannya saat ini tersedia untuk mendorong output.

   Dalam hal ini dengan R2 menjadi 10 kΩ, ini adalah argumen yang lemah karena arus umpan balik sangat kecil dibandingkan dengan kemampuan kebanyakan opamps. Kadang-kadang sirkuit seperti ini terjadi karena R2 jauh lebih rendah sebelumnya, dan opamp kedua tidak dihapus setelah perubahan desain yang menaikkan R2.

2. OA2 melindungi sinyal input dari penyalahgunaan sinyal output. Vin melihat impedansi tetap R1 hanya selama OA1 bekerja dalam operasi loop tertutup. Jika sesuatu memuat Vout sehingga OA1 tidak dapat mengendarainya ke tegangan yang diinginkan, maka input negatif OA1 tidak lagi pada 0 V, dan setara Thevenin yang digerakkan Vin berubah.

   Di sirkuit ini, output OA2 dapat disalahgunakan tanpa mempengaruhi output OA1, yang pada gilirannya tidak akan mempengaruhi Vin, mungkin . Alasan saya mengatakan "mungkin" adalah bahwa beberapa opamps memiliki back to back dioda di antara input mereka. Saya tidak melihat opamp Anda, jadi saya tidak tahu apakah itu yang terjadi di sini. Jika demikian, maka penyalahgunaan Vout akan kembali ke input positif OA2, yang akan kembali ke Vin.

   Ini lagi-lagi argumen yang lemah karena memuat output opamp ke titik di mana ia tidak bisa pergi ke tegangan yang diinginkan umumnya menjalankan opamp dari spec.

Itu tidak memiliki banyak efek pada kinerja, kecuali membuatnya agak lebih lambat karena ada dua kutub dalam fungsi transfer.

Kemungkinan perancang hanya membutuhkan satu op-amp di dual dan memilih untuk melakukan sesuatu yang jinak dengan penguat yang tersisa agar tidak ada masalah. Ini adalah situasi umum dengan amplifier ganda LM324 quad dan LM358.

Tidak ada setara murah LM358 yang memiliki amplifier tunggal - bagian lain cenderung lebih mahal dan / atau mungkin terbatas dalam beberapa cara (seperti memiliki tegangan suplai maksimum yang lebih rendah) sehingga jika LM358 cukup baik maka Anda mungkin juga menggunakannya dan buang amplifier ke-2.

"Buffer" hanya ada di sana, seperti namanya, "buffer" output.

Karena OA1 adalah bagian dari jaringan umpan balik, beberapa outputnya sudah digunakan (hilang melalui R2 dan R1.) Yang berarti OA1 memiliki kemampuan drive yang lebih sedikit. Jadi jika Anda menghubungkan OA1 ke beberapa bagian lain dari rangkaian, hal-hal yang tidak diinginkan dapat terjadi. OA2 hanya "mengikuti" atau "buffer" output dari OA1, dan ia memiliki nol pemuatan output, sehingga memiliki kemampuan drive penuh. Ini "buffering" umumnya dilihat dan digunakan, dan membuat operasi sirkuit lebih kuat dan andal.

Juga, buffer penting dalam hal keterlambatan. Baik dalam desain sirkuit digital dan analog, sinyal berkecepatan tinggi dapat secara signifikan ditunda oleh elemen sirkuit. Kadang-kadang, banyak buffer digunakan - tampaknya tanpa tujuan - kecuali untuk memperkenalkan penundaan. Ini biasanya dilakukan agar dua sinyal "bertemu lagi" dalam domain waktu.

Ketika listrik menyala, seharusnya ada sedikit perbedaan seperti yang dikatakan poster lainnya.

Namun, ketika daya dimatikan, varian kedua lebih kecil kemungkinan keluarannya kembali ke input dan mungkin akan membuat beban input tidak tergantung pada koneksi output. Untuk beberapa aplikasi (audio?), Itu bisa menjadi properti yang diinginkan. Apakah ini memang benar terjadi di sini tergantung pada sirkuit internal opamp yang dimaksud. Karena jenis tertentu diberikan, ini mungkin memang telah menjadi bagian dari desain.

Dalam skema yang Anda gambar, seperti yang dijawab orang lain, tidak ada banyak manfaat dari tata letak ini.

Namun jika ada dua op-amp model yang berbeda dan nilai-nilai resistornya berbeda, maka ada alasan bagus untuk menggunakan tata letak seperti itu. Saya membuat sirkuit serupa, yang perlu memperkuat sinyal frekuensi yang relatif tinggi, dan kemudian mendorong output ke beban 50 ohm. Kedua fungsi ini membutuhkan op-amp dengan karakteristik yang berbeda. Untuk op-amp pertama, ia harus memiliki bandwidth yang lebih tinggi untuk memungkinkannya memperkuat frekuensi tinggi tanpa kehilangan gain pada frekuensi tinggi. Untuk op-amp kedua, ia harus memiliki arus keluaran terukur lebih tinggi untuk dapat menggerakkan beban 50 ohm pada tegangan keluaran maksimum, tetapi tidak memerlukan bandwidth setinggi itu karena hanya memiliki gain 1.