具有共模电压和零反馈电流的OpAmp

Question

电路一种是一个经典的非反相放大器，其反相和非反相输入的共模直流电压均为1v。由于1v必须出现在反相输入端，因此没有电压降通过\ $ r_i \ $随后不能通过任何目的\ R_f \美元要么。没有电流和电压降\ R_f \美元， 输出\ $ v_ {out} \ $必须保持与逆变输入相同的电压:\$ V_{out} = 1\，\text{V} \$．

我肯定会在输出处测量1v，但概念上感觉不太对……

如果没有电流通过\ R_f \美元，反馈回路本质上是一个开路电路B.）．如果反馈是开环的，则没有反馈，电路只是一个开环运算放大器(电路)C):如果两个输入都在电路中C是1v，输入和输出之间没有电势必须是$ v_ {out} = 0 \，\ text {v} \ $！毕竟，运算放大器本身以无限增益放大任何电位差，并驱动自身达到饱和-但没有电位差，输出应该为零。

总而言之，如果我进行理想运放分析，我得到\$ V_{out} = 1\，\text{V} \$．但是如果从概念上考虑这个电路从A B到C，那么我会得到$ v_ {out} = 0 \，\ text {v} \ $．

一定是我的思维过程出了什么问题，但我不知道是哪里出了问题。

Answer 1

步骤A.

电路A是一个经典的非反相放大器，其反相和非反相输入均为共模电压1VDC。

电路A不仅仅是一个经典的非反相放大器;它是一个“坏”的差分放大器，在两个输入端都有不相等的增益-非反相增益Rf/Ri + 1 = 2和反相增益-Rf/Ri = -1。这就是为什么两个部分输出电压的和是1v而不是0v(叠加)。你可以使它成为一个完美的差分放大器，通过衰减非反相增益的比率Rf/(Ri + Rf)…这是它发明的最可能的场景…

因为1V必须出现在逆变输入端…

+

输出Vout必须保持与逆变输入相同的电压:Vout=1V…

+

所以Ri上没有电压降，因此也就没有任何电流通过Rf。

如你所见，我重新整理了你的(正确的)想法，用更正确的因果关系把它们组合成一个句子。

步骤B.

如果没有电流通过射频，反馈回路本质上是一个开路(电路B)。

您的观察非常有趣（+1为此“发现”）。是的，这可以被视为一种“开路”......我们可以称之为“虚拟开路”。这个电路诀窍被称为“自举”，被认为已经发明了（以非电形式）由Baron Munchausen几个世纪前:)

这个想法非常简单和直观只要插入一个相等但相反的电压源串联到输入电压源．因此，它中和了输入电压，电路中没有电流流动。这就产生了无限电阻的错觉(“开路”)。但它的意思是“断路”，如你的图所示?

步骤C.

然而，这种“虚开路”(或者，正如他们所说，“自启动电阻”)并不意味着“断路”。这种现象的矛盾之处在于在两个电压源之间有一个电阻“桥”。它的电阻很低…但是输入电压源有一种错觉，认为两个源之间没有连接。因此，你的图C也不正确……

“黄金法则”

我们可以把这种智慧总结为另一个“黄金法则”，用于在电压源和电阻串联的电路中停止电流。因此，我们可以用三种可能的方法来停止电路分支中的电流:

• 通过短路(分流电流)，
• 通过断路(开路)，
• 通过插入相对的电压源。

也可以看看

我建议你去参观一个有趣的地方Wikibooks电路故事是我和我的学生在2008年创造的。在那里，我们正在探索与您相同的安排-一个电阻电路(电位器)连接两个源。

这是一个电影以同样的方式(在故事中描述)进行计算机实验。

正如你可能已经猜到的，这是一个伟大的想法归因于磨坊主．

Answer 2

你最初的理解是正确的。理想运算放大器假设差分输入不产生电流，并且需要不饱和负反馈使Vin-=Vin+。因此，使用第一个输入和负反馈都是1V的图，输入和输出必须等于1V。

如果Vin+=0V = Gnd，则输出为- 1v，因此Vin-=Vin+=0V。

• 通过将Vin+移动到1V，输出从-1到+1V，因为非反相增益Av+= (Rfb/Rin +1) = 2，而反相增益Av-=-1 (Rfb =Rin)

• 所以净输出Vout = 2-1=1V

• 打开的循环版本只是一个比较器，如果输出位于轨道，那么您知道该点没有增益进一步，VIN - 不能等于VIN +。（是的，这意味着增益从无限或巨大到零）

  • 也就是说，它不再是线性的虚拟空输入或虚拟地。

• 地面只是表示0V作为参考，虚拟地面意味着可以存在这种空差的共模电压。

• 在实践中，许多忘记检查输入公共模式范围，或在单电源上检查VCM规格，以满足输入电路的偏置。具有PNP输入的输入旨在在低于和略低于VEE上工作。一些如CMOS输入可以在输入和输出上将Rail转向轨道。

Answer 3

实际上具有有限增益[...]该参数将更加引人注目 - 有限的开环增益乘以零电位必须为零！

我发现用有限的收益看得更清楚。你只强迫一个输入到1V。另一个取决于电压源和其电压的运算安培输出。如果你打破了负反馈，你就去掉了试图使差分输入电压“归零”的机制。

该电路使用一个只有有限增益的运放作为直流非理想特性(事实上，非常小的增益，1000，使它更清楚):

在那里是在这种情况下通过电阻的电流。

$$\frac{1-0.99901088}{1000} = 989.1 nA$$

$$\frac{0.99901088-0.98911969}{10000} = 999.1 nA$$

如果你用这个理想模型破坏了反馈，除了有限增益之外，一切都按照你的预期工作(\$(1 - 1) \乘以1000 = 0\$）：

试着在乘法的时候遵循一个思维过程\ $ 0 \ * \ infty \ $这确实是个问题。作为开环增益倾向于无限大，差分输入电压倾向于零（带有负面反馈）。电流通过电阻将倾向于零，但非零电流意味着美元\ V_{——}\ $>输入——销\ $> v_ {out} \ $．两个op. amp引脚会倾向于1 V @非反相引脚，但如果反馈电阻非零，则不在一起。

好的阅读:https://math.stackexchange.com/questions/28940/why-is-infty-cdot-0-not-clearly-equal-to-0．

Answer 4

关于您的假设错误的主要观点非常简短的答案：

零反馈电流并不意味着开环。

作为一个强反例，考虑一个opamp电压跟随器。如果反相输入只连接到opamp的输出而没有其他(电压跟随器)，那么理想的opamp从来没有任何反馈电流，但当然是在一个闭环输出跟随输入。在这种情况下，一个真正的opamp将会有一些反馈电流。

如果反相输入也用作输入（除了负反馈之外），则许多OPAMP配置（理想或实际）将具有一组特定的输入电压，反馈电流改变符号。但即使这个过零点也不意味着开放的循环。

开环意味着没有任何一个输入对opamp输出的因果依赖。