21 / 32 · Теория
Отрицательная обратная связь и условие виртуального замыкания
Объясните зависимость близких входных напряжений от работающего контура обратной связи.
Уроки доступны бесплатно. Запишитесь, чтобы сохранять прогресс.
Уравнение разомкнутого контура
Операционный усилитель с обратной связью по напряжению при DC можно приближённо описать , 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 , 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.
Попробуйте сами
Повторитель имеет DC-усиление разомкнутого контура 1000 и вход 2 V в пределах всех ограничений. Какой выход предсказывает модель конечного усиления?
Прочитать объяснение
Vo = 2 × 1000/1001 = 1.998002 V. Дифференциальный вход — 1.998002 mV. Предполагается устойчивый замкнутый рабочий режим.