대역폭 조정이 가능한이 반전 opamp 회로는 어떻게 작동합니까?

교과서 저자는 악당이거나 단순한 연산 증폭기 회로를 이해하기위한 전제 조건이 없습니다. 기본 인 버팅 앰프의 작동 방식을 이해하고 내부 RC 회로 (밀러 C)로 인해 게인이 어떻게 떨어지는 지 알 수 있습니다.

아래 회로에서 이해하지 못하는 것은 저항 의 값이 어떻게 $R$ 대역폭을 변경 하는지 입니다. 이득 대역폭 곱은 일반적으로 일정하기 때문에이 회로는 이득을 건드리지 않고 대역폭을 조작하는 데 매우 영리해야합니다. 교과서 설명의 전체 스냅 샷을 첨부하고 있습니다. 대역폭은 따라 다르며 $R$ 방정식을 제공하지만 방법과 이유는 설명하지 않습니다. 이것이 어떻게 작동하는지 이해하도록 도와주세요.

operational-amplifier

— 자치령 대표
소스

커패시터가 없으면 의미가 없으며 일반적으로 회로를 설계하지 않습니다. 그것은 당신이 말한대로 할 수 있지만, 연산 증폭기가 할 수있는 일의 한계를 비정상적으로 왜곡시키고 있습니다. 커패시터가없는 R을 기반으로 한 조정 가능한 LPF 인 R과 관련이 있다고 생각합니다.

— Sparky256

Sparky256-동의하지 않습니다. 표시된 회로 수정은 입력 보상 방법 중 하나입니다. 저항 (R)은 폐 루프 이득에 영향을 미치지 않지만 LOOP GAIN (및 폐 루프 이득의 대역폭)을 낮춘다. 결과적으로 안정성 마진이 향상되고 단일 게인 값에 대해 단일 게인 보상이 아닌 opamp를 사용할 수 있습니다.

— LvW

정확성을 위해 rsadhvika : ishank의 답변에 대한 첫 번째 의견이 잘못되었습니다! 그의 대답과 당신의 의견에서 당신은 피드백 신호의 영향을 잊어 버렸습니다 (R로 인해 감소합니다).

— LvW

'노이즈 게인'의 개념을 읽으십시오 (비 반전 핀을 운전하면 실제로 발생하는 게인입니다).이 게인은 GBP 단위의 게인이므로 노이즈 게인은 회로는 ~ 21 (1 + 100k / ~ 5k)에서 ~ 1000 (1 + 100k / ~ 100)까지 다양합니다.

— Dan Mills

답변:

저자는 대역폭이 R에 따라 다르지만 이득은 그렇지 않다고 말하는 것이 맞습니다.
이 결과는 opamp의 반전 터미널에서 Thevenin 동등 물을 얻기 위해 R과 R과 병렬 인 전압 소스를 R 자체와 결합하면 쉽게 이해할 수 있습니다.
Thevenin 동등 물은

R_{t h} = R_{1} | | R

$R_{th} = R_1 ||R$

그리고 이득에 대한 식은

V_{t h} = \frac{V_{i n} (R_{1} | | R)}{R_{1}}

$V_{th} = \frac{V_{in}(R_1||R)}{R_1}$

독립 R

A_{v} = \frac{V_{o}}{V_{i}} = - \frac{R_{f}}{R_{1}}

$A_v = \frac{V_o}{V_i} = -\frac{R_f}{R_1}$

OP가 올바르게 지적했듯이 증폭기의 게인 대역폭 곱은 피드백의 범위에 관계없이 일정하게 유지됩니다. 이에 대한 자세한 내용은 여기 및 여기를 참조하십시오 .
트릭은 피드백 증폭기 (인 버팅 증폭기)에 대한 입력이 Vin이 아니라 Vth라는 것입니다.
따라서 R이 증가하면 이득이 이므로 이득이 감소합니다 (분모가 증가 함). 및 GBW는 일정하게 유지되므로 대역폭을 늘려야합니다.

\frac{V_{o}}{V_{t h}} = - \frac{R_{f}}{R_{1} | | R}

$\frac{V_o}{V_{th}} = -\frac{R_f}{R_1 ||R}$

— 이 june 자
소스

나는 그것을 얻는다 생각한다!

인해 opamp는 반전 입력에서

의 입력 전압이 감소한 것을 볼 수 있습니다. (

R

$R$

V_{t h}

$V_{th}$

V_{t h} < V_{i n}

$V_{th} \lt V_{in}$ ) GBW는 이득 나타냅니다.

\frac{V_{o}}{V_{t h}}

$\dfrac{V_o}{V_{\color{red}{th}}}$ 이득이 아닌

\frac{V_{o}}{V_{i n}}

$\dfrac{V_o}{V_{\color{red}{in}}}$

Ishank Juneja 대역폭이 증가하고 있습니까? 입력 오류? 반대로, 저항을 추가하면 루프 게인이 감소하고 물론 폐쇄 루프 대역폭도 감소합니다.

— LvW

Vrs는 표준 반전 증폭기가 보는 것이지 Vi가 아니라

— @rsadhvika이므로

주어진 반전 증폭기 구성의 경우 @LvW, 루프 이득은 1 / 게인에 비례하므로 결과입니다.

— ijuneja

Ishank Juneja-죄송합니다. 사실이 아닙니다. 루프 게인과 폐쇄 루프 게인 간의 직접 연결을 취소하려면 회로 수정의 이점이 있습니다. 내가 언급했듯이-안정성 이유로 인해 작은 루프 이득을 가질 수 있으며 동시에 매우 작은 폐쇄 루프 이득 (유니티 이득)을 가질 수 있습니다. 저항 R을 추가하면 루프-루프 게인의 대역폭이 감소합니다 (루프 게인 감소로 인해).

— LvW

직관적 인 답변

R은 입력과 피드백을 모두 0V로 감쇠시키기 때문에 내부 트랜지스터는 출력 신호 전압을 공급하기 위해 더 많은 내부 이득을 사용해야하므로 Vin (-)에 대한 입력 전류가 취소되고 가상 접지로 유지됩니다. 즉 Vin / Rin = Vout / Rf입니다.

따라서 Rin to R gnd로 Vin to Vin (-)을 감쇠하는 것은 외부 DC 루프 게인에 영향을 미치지 않지만 연산 증폭기 트랜지스터는 출력을 맞추기 위해 더 많은 내부 게인을 사용해야하지만 고정 GBW로 인해 BW를 희생해야합니다.

감쇠 된 새로운 GBW 제품까지의 외부 "DC"루프 게인 ... TY @LvW

— 토니 스튜어트 Sunnyskyguy EE75
소스

A_{v} = - \frac{R_{f}}{R_{1}}

$A_v = -\dfrac{R_f}{R_1}$

V_{-} \approx 0 V

$V_- \approx 0V$

V_{i n}

$V_{in}$

V_{-}

$V_-$

V_{t h}

$V_{th}$

V_{i n} (- R_{f} / R_{1})

$V_{in}(-R_f/R_1)$

Tony- "외부 루프 게인"이 영향을받지 않는다고 말합니까? 반대로 루프 게인을 줄이고 폐쇄 루프 시스템의 안정성을 향상시키는 것이이 수정 (추가 R)의 주요 목적이라고 생각합니다. 피드 락 팩터와 루프 게인은 (R1 || R) / [(R1 || R) + Rf]

— LvW

연산 증폭기 입력 단자 사이에 저항 R이있는 회로 수정은 폐쇄 된 lopp 이득 (입력 보상)의 안정성 마진을 향상시키는 데 널리 사용되는 방법입니다.

이상적인 연산 증폭기 (매우 큰 개방 루프 이득)의 경우 저항 R은 폐쇄 루프 이득에 영향을 미치지 않지만 LOOP GAIN (및 폐쇄 루프 이득의 대역폭)을 낮 춥니 다.

결과적으로 안정성 마진이 향상되고 단일 루프 보상 이득 값이 1 인 낮은 루프 루프 이득 값을 필요로하는 애플리케이션에 대해 단일 이득 보상이 아닌 연산 증폭기도 사용할 수 있습니다.

직관적 인 설명 (영향을받지 않는 폐쇄 루프 이득) : 개방 루프 이득 Aol이 무한대라고 가정하면 폐쇄 루프 이득은 Acl = -Hf / Hr 입니다.

Vout = 0에 대한 순방향 계수 Hf = Vn / Vin (Vn : "-"opamp 단자의 전압) 및

피드백 계수 (반환) Hr = Vn / Vout Vin = .

추가 저항 R이 동일한 방식으로 두 요소를 모두 낮추어 "R"의 값이 Hf / Hr 비율로 상쇄됨을 쉽게 알 수 있습니다.

계산:

앞으로 요인 : Hf = (Rf || R) / [(Rf || R) + R1]

피드백 요인 : Hr = (R1 || R) / [(R1 || R) + Rf]

비율의 평가 (및 일부 수학적 조작) 후 Acl = -Hf / Hr 후 Acl = -Rf / R1에 도달합니다. 합니다 (R이 ).

그러나 R을 변경하여 루프 게인 (안정성 특성에 필수적인)을 필요한만큼 낮게 만들 수 있습니다.

루프 이득 LG = -Hr * Aol (Aol : opamp의 개방 루프 이득)

— LvW
소스

이 유형의 보상은 노이즈 게인을 증가 시킨다는 것을 언급 할 가치가 있습니다.

— Mike

마이크-네 맞습니다. 이 효과는 일반적으로 다른 성능 매개 변수에 부정적인 영향을주지 않으면 서 한 성능 매개 변수를 개선 할 수 없음을 다시 나타냅니다. 그러므로, 각각의 좋은 디자인은 상충되는 효과 사이의 상충 관계입니다.

— LvW

게인 정확도는 어떻습니까?

— analogsystemsrf

나는 opamp의 유한 한 개 루프 게인이 대략 무한대로 설정 될 수있는 한, 수동 부품의 공차에 의해 이득 정확도가 항상 결정된다고 생각한다.

— LvW

@LvW 나는 지금 그것을 얻는 느낌. 순방향 및 피드백 요소를 정의하기 위해 중첩을 사용하고 있으며 폐쇄 루프 게인 및 루프 게인에 대한 표현이 정말 깔끔합니다! 감사합니다 :)

— AgentS