Отрицательная обратная связь и условие виртуального замыкания

Уравнение разомкнутого контура

Операционный усилитель с обратной связью по напряжению при DC можно приближённо описать $V_o=A(V_+-V_-)$, пока выход остаётся допустимым. Большое усиление разомкнутого контура означает, что малый дифференциальный вход может запросить большой выход. Это не означает автоматического равенства входов. Реальные устройства также имеют входной ток смещения и ограничения синфазного напряжения.

Отрицательная обратная связь возвращает изменение выхода на инвертирующий вход, уменьшая дифференциальную ошибку. Для устойчивого линейного контура с достаточным усилением и запасом выхода V− приближается к V+. Это приближение «виртуального замыкания». Никакой провод не замыкает входы, а условие нарушается при насыщении выхода, выходе за синфазный диапазон или неустойчивом контуре.

Пример конечного усиления

В повторителе напряжения соедините выход напрямую с V− и подайте Vin на V+. Тогда $V_o=A(V_{in}-V_o)$, поэтому усиление — A/(1+A). При A = 100000 и Vin = 1 V выход — 0.999990 V, дифференциальный вход — примерно 10 μV. Результат близок к 1 V, потому что контур исправляет ошибку, а не потому что исчезло входное уравнение разомкнутого контура.

Если допустимый выход предполагается 0.2–3.1 V при питании 3.3 V, запрос 3.2 V повторителя нарушает допущение. Предсказание малой ошибки недействительно. Это учебные пределы; реальной детали нужны условия документации, выходная нагрузка и температура.

Проверьте направление обратной связи

Представьте небольшой рост выхода. В повторителе V− растёт, разность входов падает, запрошенный выход движется вниз. Это отрицательная обратная связь. Соединение выхода с V+ вместо этого может усилить рост и привести к состоянию подобному компаратору; правило виртуального замыкания не исправит топологию.

До расчёта резистивного усиления нарисуйте обратный путь и определите входные и выходные пределы. См. обсуждение усиления и полосы TI о различиях архитектур и требованиях компенсации.