Apakah impedansi input penguat operasional (op amp) tak terbatas atau nol?

11

Idealnya, impedansi input tidak terbatas.

Tetapi, dalam menghitung resistansi input (Rin) dari penguat perbedaan, penulis mengambil konsep bahwa dua terminal input dihubung pendek, yang juga benar, karena gain loop terbuka tidak terbatas. (Yang pada gilirannya menuntut bahwa perbedaan antara tegangan terminal input adalah nol. Oleh karena itu, korsleting.)

Pertanyaan SAYA: Mengapa kita mempertimbangkan arus input nol dalam beberapa kasus (karena impedansi input tak terbatas), dan kadang-kadang mempertimbangkan arus terbatas dengan mengambil konsep hubung singkat? Apakah ada logika atau hanya kenyamanan?

Ini adalah diagram rangkaian snipped out dari buku:

masukkan deskripsi gambar di sini

operational-amplifier amplifier input-impedance elektronik
sumber

1

Tidak, tidak ada kekurangan di antara mereka. Itu hanya membuatnya lebih sederhana untuk perhitungan. Pada kenyataannya umpan balik dari output memasok arus untuk memaksa pin lainnya ke nilai yang sama.

Menang

3

@winny benar, perhatikan bahwa dalam diagram Anda di atas masih belum ada arus yang mengalir ke terminal + atau - di sana, input tersebut (idealnya) masih memiliki impedansi tak terbatas. Namun, dalam konfigurasi ini ada arus yang mengalir di resistor input, dipasok oleh resistor umpan balik dan tegangan sumber. Hanya karena amplifier memiliki impedansi input yang tidak terbatas, tidak berarti bahwa setiap rangkaian yang Anda buat dengannya memiliki impedansi yang tidak terbatas pada terminal input mereka.

John D

"Korsleting virtual" ini cukup menyesatkan, karena menunjukkan bahwa beberapa arus mengalir antara input V + dan V-.

TEMLIB

14

Terminologi bisa membingungkan bagi seorang pemula, sebenarnya. Istilah "hubung singkat virtual" mengacu pada fakta bahwa dalam sirkuit opamp dengan umpan balik negatif , sirkuit diatur sedemikian rupa sehingga (idealnya) membuat tegangan pada dua input opamp menjadi nol.

Karena salah satu sifat hubung singkat antara dua titik adalah bahwa tegangan melintasi titik-titik tersebut adalah nol, orang-orang yang menemukan istilah itu menganggap (saya kira) hal yang intuitif untuk menyebut apa yang terjadi antara terminal input opamp dengan "virtual". pendek". Mereka menyebutnya "virtual" karena kekurangan yang lain milik nyata (ideal) pendek: untuk melahap setiap jumlah saat ini tanpa masalah! Sayangnya, itu bukan perbedaan kecil! Mereka bisa menyebut hal itu dengan cara yang tidak membingungkan ("prinsip keseimbangan tegangan"!?!), Tetapi "prinsip pendek virtual" kedengarannya lebih keren, mungkin! Siapa tahu?!

Jadi, ketika kita mengatakan bahwa di antara dua input ada virtual pendek , itu hanya cara mudah dan konvensional untuk mengatakan bahwa rangkaian berusaha untuk menyeimbangkan tegangan pada input, yaitu mencoba membuat mereka dan menjaga mereka tetap sama.

Perhatikan bahwa keberadaan "virtual short" adalah properti dari sirkuit, bukan dari opamp (walaupun ia mengeksploitasi keuntungan opamp yang tidak terbatas idealnya), sedangkan fakta bahwa tidak ada arus yang mengalir ke input adalah properti dari opamp (idealnya).

EDIT (diminta oleh komentar)

Saya akan mencoba lebih jelas tentang apa yang saya katakan di atas. Pendek virtual secara eksklusif karena dua faktor utama digabungkan bersama: keuntungan sangat tinggi + umpan balik negatif.

$V^+$ $V^-$ $V_o$ $V_o = A(V^+-V^-)$ $A$

$V^+-V^-=V_o/A$ $V_o$ $A$

$V^+$ $V^-$

Terapkan umpan balik negatif dan Anda akan mendapatkan tegangan diferensial nol pada input pada rentang voltase input yang berarti .

Lorenzo Donati - Codidact.org
sumber

menambahkan pada: aksi penguat operasional sebagai sangat-besar-gain, sangat tinggi-input-impedansi penguat diferensial ditambah dengan output-to-pembalik-terminal umpan balik adalah tepat apa yang mendorong tegangan input diferensial ke nol

oldrinb

Potensi yang sama, maka tidak ada tegangan: node ekuipotensial mungkin?

Asap Ajaib

@oldrinb sebenarnya impedansi input dari opamp tidak memainkan peran untuk mencapai pendek virtual. Faktor kunci adalah gain sangat tinggi + umpan balik negatif.

Lorenzo Donati - Codidact.org

5

Pertanyaan yang sangat bagus.

Saya pikir banyak dari ini dapat dijawab dengan melihat rangkaian ekuivalen dari op amp.

Untuk op amp ideal, arus yang mengalir ke V + dan V- adalah nol, jadi ini berarti Rin harus tak terbatas.

Ketika op amp yang ideal diatur dalam pengaturan umpan balik (Vout terhubung ke V + atau V- dalam beberapa cara), tegangan pada V + akan sama dengan V-. Buku teks mensimulasikan V + menjadi sama dengan V- dengan membuat virtual singkat di sana. Impedansi input op amp masih tak terbatas!

Di kelas sirkuit saya, kami tidak membuat pendek virtual antara keduanya karena ini bisa membingungkan. Sebagai gantinya, kami hanya mengatakan V + = V- dan menggunakannya sebagai persamaan untuk menyelesaikan yang tidak diketahui lainnya.

Addison
sumber

3

Anda tidak "membuat" pendek virtual. Ini hanya konsep yang berguna untuk menggambarkan op-amp dalam situasi umpan balik negatif. "Short" dibuat oleh op-amp yang melakukan apa pun untuk membuat V + = V-, dengan asumsi kondisi operasi normal. Jika op-amp bertindak sebagai kompator, dengan V + dan V- diisolasi secara listrik dari Vo, maka V + biasanya tidak akan sama dengan V-.

jbord39

Saya tidak menyarankan bahwa hubungan antara V + dan V- adalah fisik. Saya mengatakan buku teks mensimulasikan ini dengan membuat virtual singkat yang benar. Dengan "membuat virtual singkat," itu dimaksudkan untuk menggambar garis dari V + ke V- untuk mewakili V + sama dengan V-.

Addison

3

"Karena tidak ada arus yang mengalir melalui Rin, tegangan pada V + harus sama dengan V-" - Ini tidak benar. Hubungkan 1 kb / w baik V + dan V- dan berikan V + @ suplai positif dan V- di ground. Output akan menjadi rel positif. V + tidak akan sama dengan V-. Alasan V + biasanya sama dengan V- adalah karena op-amp diatur dalam pengaturan umpan balik yang mencoba untuk meminimalkan perbedaan b / w V + dan V-. Maksud saya adalah membabi buta menerapkan persamaan tanpa mengerti tujuan mereka akan menyesatkan.

jbord39

Anda membuat poin yang bagus. Alasan saya di balik V + sama dengan V- hanya valid dalam pengaturan umpan balik. Saya telah memperbaiki posting saya.

Addison

3

Singkatnya, ada perbedaan antara impedansi input op amp, dan impedansi input dari rangkaian penguat keseluruhan . Bahkan dalam hal diff amp yang Anda tunjukkan, tidak ada arus yang benar-benar memasuki op amp, yang (idealnya) memiliki impedansi input tak terbatas.

Sebagai tambahan, perhatikan bahwa perbedaan input amp melihat impedansi input yang berbeda, yang merupakan kelemahan dalam konfigurasi.

Scott Seidman
sumber

3

Hanya untuk membersihkan udara. Jika op-amp TIDAK digunakan sebagai pembanding, dengan kata lain op-amp memiliki resistor umpan balik negatif, maka ia akan menampilkan perbedaan antara input (+) dan (-) dikalikan gain untuk mempertahankan (+) dan ( -) Input pada tegangan yang sama. Di dunia nyata, impedansi input sebuah op-amp tidak akan pernah menjadi tak terbatas atau nol ohm, tetapi berada di suatu tempat di antara .
Jika Anda menggunakan nilai resistor terlalu rendah atau tinggi maka op-amp dapat menjadi tidak stabil, dan tegangan antara (+) dan (-) input tidak diketahui. Biasanya Anda akan melihat desain di mana input (+) direferensikan ke ground melalui sebuah resistor dan op-amp memiliki catu daya bi-polar. Dalam hal ini, input (-) akan menjadi ground virtual karena (+) input pada potensial ground.
Dengan catu daya berujung tunggal input (+) bias dengan resistor menjadi 1/2 voltase suplai, sehingga output memiliki kemungkinan ayunan positif dan negatif yang sama. Dan ya, lakukan ke loop umpan balik input (-) akan berada di 1/2 tegangan suplai juga. Sinyal apa pun dikenakan pada tegangan bias ini dan diperkuat sesuai dengan rasio gain dan umpan balik resistor.
Impedansi input dikendalikan oleh nilai resistor yang digunakan, tetapi nilai minimum dan maksimumnya tergantung pada op-amp yang digunakan . Sebuah op-amp CA3140T memiliki impedansi input sebesar 1,5 Giga ohm, jadi menggunakan resistor dalam kisaran megohm untuk input / umpan balik adalah OK. Op-amp tidak cukup memuat resistor.
Sekarang ambil op-amp LM324 yang memiliki impedansi input sekitar 1.000 kali lebih rendah. Sekarang Anda akan mengetahui bahwa resistor umpan balik lebih dari 100K mulai tidak memiliki gain yang diharapkan, karena op-amp bertindak sebagai bebannya sendiri, sehingga membatasi nilai maksimum resistor yang dapat digunakan.
Kompromi yang baik adalah op-amp JFET seperti seri TL061 / TL071 / TL081 yang sangat sunyi untuk penggunaan audio dan memiliki impedansi input sekitar 100 Meg ohm atau lebih. Anda dapat menggunakan resistor hingga beberapa megohms tanpa mendapatkan banyak kesalahan. Salah satu kelemahan minor dari op-amp JFET adalah perlunya catu daya bipolar +/- 5 volt hingga +/- 18 volt, dengan +/- 12 volt khas untuk daya.
Op-amp untuk penggunaan RF memiliki impedansi input rendah (25 hingga 75 ohm) dan impedansi output dan ditenagai oleh 5 atau 3,3 volt, dengan banyak yang memiliki pasokan +/- 5 volt. Impedansi rendah adalah frekuensi yang sangat tinggi, kadang-kadang hingga 1 GHZ, dapat mengisi dan mengeluarkan kapasitansi input yang sangat kecil dan mendorong 75 ohm atau 50 ohm kabel coax (atau twisted pair) dengan mudah. Arus bias pada op-amp tinggi sehingga sinyal dapat berayun positif dan negatif dengan cepat, tanpa hambatan.

Saya bisa menulis buku tentang op-amp tetapi yang lain sudah punya, termasuk artikel di situs ini. Setiap pembuatan op-amp menawarkan PDF untuk berbagai kategori yang mereka buat, sehingga Anda dapat menghabiskan waktu bertahun-tahun hanya dengan membacanya.

Sparky256
sumber

Apakah impedansi input penguat operasional (op amp) tak terbatas atau nol?

Jawaban: