Question:
Comment un ampli opérationnel idéal amplifie-t-il une entrée de tension lorsque la différence de tension est de 0?
J. Teurlings
2019-11-01 01:49:31 UTC
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Je suis étudiant en première année en génie électrique.La semaine prochaine, j'ai mes examens sur les amplis opérationnels et leurs applications, etc.

En regardant les amplis op, il y avait toujours celui-ci qui me déroutait: dans un amplificateur non inverseur, les entrées de l'ampli op sont toutes les deux nulles, puisque celle du pôle + est à la masse.Mais quand ils sont tous les deux nuls, comment peut-il y avoir une amplification?Je pense que vous pouvez simplement tracer la ligne du circuit, sans écrire l'ampli opérationnel, car aucun courant ne circule dans les entrées de l'ampli opérationnel.

J'espère vraiment que n'importe qui pourra m'aider, car mes professeurs ne m'ont vraiment donné que comment le résoudre.Je sais comment résoudre les amplis-op, mais pas la logique derrière eux.

Pensez en termes de \ $ lim \ $.commencez à écrire les équations avec un gane fini, puis amenez-le à l'infini.Alors le \ $ lim \ $ de la tension sera nul.
https://electronics.stackexchange.com/questions/441184/op-amp-virtual-ground-principle-and-other-doubts/441207#441207
Vous avez seulement indiqué l'un des deux faits critiques sur un ampli op idéal.La différence de tension entre les entrées est de zéro, et * les courants d'entrée sont également de zéro *.Par conséquent, vous pouvez appliquer les lois de courant et de tension de Kirchhoff pour résoudre le reste du circuit.Pour des raisons pratiques, pensez simplement à un ampli op idéal comme à un appareil magique * qui rend les conditions à ses entrées toujours vraies * - tout comme un BJT idéal est un appareil magique qui rend le courant du collecteur $ \ beta $ fois le courant de base.
@alephzero, un bon résumé.J'ajouterai qu'il est important de se rappeler que ces règles empiriques (ou «faits») ne sont vraies que lorsque l'opamp a des commentaires négatifs.
L'entrée différentielle n'est pas nulle, mais très proche.Le gain d'un ampli opérationnel idéal est infini.Le gain d'un ampli opérationnel réel et physique est plutôt de 10 000;100 000;ou plus.Disons que votre ampli opérationnel réel à 10000 gains produit une tension de sortie de 1 volt.Ensuite, il doit avoir une tension différentielle de 100 microvolts.C'est assez proche pour qu'une analyse grossière l'appelle 0.
Nullators, norators ...
Dave d'EEVblog a eu un tutoriel un peu long, mais excellent sur les opamps: https://www.youtube.com/watch?v=7FYHt5XviKc Regardez-le et revenez si vous avez encore une question.
Huit réponses:
#1
+12
Marko Buršič
2019-11-01 03:04:39 UTC
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Une fonction de transfert d'un système en boucle fermée est:

\ $ H (s) = \ dfrac {F (s)} {1 + F (s)} \ $

schematic

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Wiki

Une fonction de transfert d'un système en boucle fermée avec un retour est:

\ $ H (s) = \ dfrac {F (s)} {1 + F (s) \ cdot G (s)} \ $

schematic

simuler ce circuit

Supposons maintenant que vous ayez un tampon opamp - la sortie est une rétroaction vers l'entrée inverseuse, comme dans le cas 1 de cette réponse. F (s) = G (Gain), vous pouvez remarquer que la sortie n'est jamais égale à la tension sur l'entrée non inverseuse, mais très proche.

schematic

simuler ce circuit

L'erreur est:

\ $ \ varepsilon = \ dfrac {1} {1 + G} \ $

Ainsi, les tensions sur les deux entrées ne sont jamais égales, mais très proches, et un gain plus élevé les rapproche. Étant donné que le gain de l'ampli-op est insensé, par souci de simplicité, nous pouvons dire que la tension de l'entrée inverseuse est égale à la tension de l'entrée non inverseuse. Si vous mettez à la terre l'entrée non inverseuse, vous obtenez une masse virtuelle sur l'entrée inverseuse, mais ce n'est jamais une tension nulle pour de vrai. Et comme vous l'avez déjà découvert, il ne peut pas non plus être nul, sinon aucun signal ne sortira.

J'ai suggéré une modification pour améliorer une phrase qui n'avait pas vraiment de sens, veuillez ajuster si ce n'est pas ce que vous vouliez dire.
#2
+10
TimWescott
2019-11-01 02:06:16 UTC
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C'est un idéal platonicien d'un ampli-op; ce n'est pas quelque chose qui pourrait exister dans le monde réel.

Donc, vous vous dites "Je suppose que mon système est stable" (les vrais circuits d'amplis opérationnels ne le sont pas toujours), et "Je suppose simplement que ma sortie fait tout ce dont elle a besoin pour tenir le différence de tension d'entrée à zéro "(les amplis opérationnels réels ne le font pas, tout à fait), et" je suppose que mon ampli opérationnel est infiniment rapide "(c'est impossible). Et puis vous travaillez très dur pour arrêter de vous en préoccuper parce que tout est fait semblant, pour faciliter les calculs, et parce que pour beaucoup de problèmes du monde réel, c'est assez bon TM .

Plus tard, si vous poursuivez la conception de circuits analogiques, ils commenceront à s'attendre à ce que vous résolviez des problèmes tels que "la précision du circuit si le gain est seulement \ $ 10 ^ 5 \ $ ? " et "comment les limitations de bande passante très réelles de l'ampli opérationnel affectent-elles les performances du circuit?" Mais ce sont des questions beaucoup plus difficiles à répondre si vous ne pouvez pas revenir à cette pierre de touche idéale de l'ampli-op et déterminer ce que le circuit idéal ferait .

#3
+9
Roland
2019-11-01 14:45:23 UTC
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Uin = Uout / A, donc si A est grand, Uin est petit.Voilà.

Tout comme il a fallu des siècles pour "inventer" le zéro, le concept d '"infini" n'est pas non plus aussi simple à comprendre.Pour l'instant, considérez simplement qu'un ampli op (idéal) a une amplification qui est "très grande", de sorte que Uin est "très petit".Vous pouvez considérer Uin comme "zéro" tant que vous comprenez qu'il n'est pas vraiment zéro, mais suffisamment petit pour que vous ayez des difficultés à le mesurer, et suffisamment grand pour qu'il soit amplifié pour obtenir Uout.

Ce.Il répond exactement à la question posée, sans confondre la réponse avec la démonstration.
Merci @Neil_UK.En effet, d'autres réponses concernent la façon d'apprivoiser un amplificateur infiniment puissant.Mais je triche, il y a longtemps, j'étudiais ce genre de choses à l'université ...
#4
+5
Dave Tweed
2019-11-01 01:59:28 UTC
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La différence entre les entrées n'est pas exactement zéro, mais elle est arbitrairement proche de zéro (c'est-à-dire infinitésimale), et le gain arbitrairement élevé de l'amplificateur opérationnel transforme cela en une valeur de sortie finie.

L'opamp idéal est une abstraction, basée sur le concept de limites.Commencez avec un amplificateur qui a une valeur de gain finie.Lorsque vous augmentez le gain à des valeurs arbitrairement élevées, d'autres paramètres du circuit, y compris la différence d'entrée, s'approchent mais n'atteignent pas tout à fait une valeur limite définie.

Lorsque nous utilisons des amplificateurs opérationnels idéaux dans notre analyse, nous utilisons la valeur limite plutôt que la valeur réelle.

#5
+2
Elliot Alderson
2019-11-01 01:53:41 UTC
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Les deux entrées sont à la même tension parce que l'ampli opérationnel est ideal, et parce qu'il y a une rétroaction négative.Si le gain est infini et que la tension de sortie est finie, alors la différence de tension doit être nulle.

Pour voir comment il y a amplification, vous devez suivre le current du côté entrée à la sortie.Bien qu'il n'y ait pas de courant entrant ou sortant des entrées de l'ampli opérationnel, il est probable que du courant circule dans les autres parties du circuit.

#6
+2
Cristobol Polychronopolis
2019-11-01 01:55:07 UTC
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La masse virtuelle - le potentiel à l'entrée d'ampli op négatif de votre amplificateur inverseur - n'est en réalité au potentiel de masse que si le gain de l'ampli op est infini.S'il s'agit d'un ampli op idéal, vous pouvez utiliser des limites (comme dans le calcul) pour le résoudre, mais dans la vraie vie, l'amplificateur a un gain important mais fini et il y aura une différence de tension petite mais existante entre les entrées.

Cependant, le gain infini et la masse virtuelle sont des approximations suffisamment bonnes pour être utilisées pour la conception initiale dans la plupart des cas.

#7
+2
Justme
2019-11-01 11:37:01 UTC
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Je pense que vous ne comprenez pas le concept de rétroaction de la sortie à l'entrée.C'est ce qui maintient idéalement les entrées inverseuses et non inverseuses à la même tension.

Un ampli opérationnel idéal est à l'équilibre lorsque les entrées inverseuses et non inverseuses sont à la même tension.Si vous connectez simplement la sortie directement à l'entrée inverseuse à mesurer comme rétroaction, en effet, il n'y a pas de gain de tension, la tension de sortie est égale à l'entrée inverseuse et l'entrée inverseuse est égale à l'entrée non inverseuse.C'est un tampon de gain unitaire, il ne prend aucun courant à l'entrée et peut conduire un courant infini en sortie, mais pas de gain de tension.

Si vous ajoutez maintenant un diviseur de tension sur la sortie, de sorte que l'entrée inverseuse ne mesure qu'une plus petite proportion de la tension de sortie, alors la sortie op-amp doit toujours faire tout ce qu'elle peut pour rendre les entrées inverseuses et non inverseuses égales.Cela signifie que la tension de sortie doit être plus élevée et qu'il y a un gain de tension dans le système.

#8
  0
Anthony X
2019-11-02 02:45:38 UTC
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dans un amplificateur non inverseur, les entrées de l'ampli opérationnel sont toutes les deux nulles, car celle du pôle + est mise à la terre.

... ne me semble pas tout à fait logique.

Les amplificateurs opérationnels amplifient la différence de tension entre leurs entrées. Leur gain (en boucle ouverte) est le changement de tension de sortie résultant d'un changement donné de la différence entre les bornes d'entrée. C'est-à-dire que si nous commençons avec les deux entrées à 0V, puis changeons l'entrée + à + 1mV (en gardant l'entrée - à 0V), et si la tension de sortie change de 1V, alors le gain en boucle ouverte de l'ampli-op vaut 1000.

Les amplis opérationnels idéaux ont un gain en boucle ouverte infini; Les amplis opérationnels du monde réel ont un gain en boucle ouverte très important mais fini. Nous supposons un comportement idéal parce que:

  1. Le gain dans le monde réel est suffisamment élevé pour que, à des fins pratiques, il puisse être modélisé de manière satisfaisante comme infini, et
  2. Cela simplifie le processus de conception.

Si nous considérons le comportement idéal (gain infini), quelle que soit la sortie de l'ampli-op à un instant donné, le signal de différence d'entrée doit être infiniment plus petit, c'est-à-dire une différence nulle. Pour le cas de la boucle ouverte, nous avons toujours une amplification infinie, et pour le cas du feedback, nous avons notre gain défini par le feedback.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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