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Eingangsimpedanz eines Operationsverstärkers:Was es ist und wie man es berechnet

Lassen Sie uns zunächst einmal klarstellen, dass Op-Amp Operationsverstärker bedeutet. Und das Gerät ist ein hochverstärkender elektronischer Spannungsverstärker (DC-gekoppelt). Außerdem hat es einen Single-Ended-Ausgang und einen ausgeprägten Eingangswiderstand. Außerdem ist es der Grundbaustein der analogen elektronischen Schaltung. Außerdem zeigt Ihnen die Impedanz den Zusammenhang zwischen Spannung und Eingangsstrom. Wenn Sie jedoch über die Eingangsimpedanz eines Operationsverstärkers sprechen, ist es wichtig, klar zu sein, ob Sie sich für die Schaltung oder den Basischip entscheiden.

Also, was ist der Unterschied? Ersteres spricht über die Operationsverstärkerschaltung selbst, während letzteres sich auf die Schaltkreise im Chip konzentriert.

Möchten Sie mehr wissen? Keine Sorge, Sie erhalten eine Aufschlüsselung darüber, warum die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers niedrig ist, wie sie berechnet wird und vieles mehr.

Was ist die typische Eingangsimpedanz eines Operationsverstärkers mit integrierter Schaltung?

Operationsverstärker mit Eingangsimpedanz

Zweifellos können Sie die differenzielle Eingangsspannungsimpedanz ändern, wenn Sie Schaltkreise um den Operationsverstärker legen. Auch die Art und Weise, wie Sie das Feedback und die externen elektronischen Komponenten anwenden, kann die Eingangsimpedanz und Signalquelle der Gesamtschaltung beeinflussen.

Allerdings haben wir zwei Eingangsimpedanzen:Gleichtakt (Zcm+ &Zcm- ) und Differential (Ziff). Ersteres bezieht sich auf eine Impedanz, die von Eingangsstufen nach Masse kommt. Bei letzterem geht es gleichzeitig um die Impedanz zwischen zwei Eingängen.

Außerdem sind die Impedanzen normalerweise hoch und ohmsch (10 5 – 10 12 Ohm). Mit anderen Worten, es ist ein hochohmiges Eingabegerät. Und es hat eine Nebenschlusskapazität, die bis zu 20 – 25 pF betragen kann.

So können Sie die invertierende und nicht invertierende Eingangsimpedanz in den meisten Operationsverstärkerschaltungen auf einen niedrigen Wert reduzieren. Und Sie können dies durch negative Rückkopplung erreichen – wenn man bedenkt, dass (Differential- und Gleichtakt-Eingangsimpedanz) wichtiger ist. Außerdem sind die invertierenden und nicht invertierenden Eingangsanschlüsse ebenfalls entscheidend.

Außerdem ist die Eingangsimpedanz der Operationsverstärkerschaltung normalerweise hoch. Und das liegt daran, dass die Operationsverstärker wie ein Spannungsteiler arbeiten.

Je höher also die Impedanz, desto stärker fällt die Spannung an den Op-Amp-Eingängen ab. Wenn die Eingangsimpedanz jedoch niedrig ist, hat Ihre Schaltung keinen Spannungsabfall. Infolgedessen erhalten Sie keine Signale.

Ausgangsimpedanz-Operationsverstärker

Die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers ist ähnlich der Eingangsimpedanz. Aber es bezieht sich darauf, wie stark sich die scheinbare Spannung der Quelle ändert, wenn sie mehr Strom liefern muss. Beispielsweise können Sie die Stromquellenimpedanz bei der Arbeit erkennen, wenn eine Batterie, die nicht belastet wird, eine höhere Spannung hat als eine Batterie, die belastet wird.

Operationsverstärker-Differentialverstärker

Quelle:Wikimedia Commons

So hat Ihr Operationsverstärker beispielsweise ein 6-V-Ausgangssignal, und Sie verwenden einen offenen Stromkreis, um die Potentialdifferenzspannung zu messen. Da Ihr Stromkreis offen ist, beträgt Ihr Strom 0A. Die Spannung hingegen beträgt 6V. An dieser Stelle können Sie Ihren Ausgang mit einem Rückkopplungswiderstand verbinden. Und Sie können dies so tun, dass der Ausgangsstrom der Rückkopplungsschaltung des Operationsverstärkers 60 mA beträgt.

Außerdem können Sie die Spannung über dem Widerstand messen und etwa 5,99 V erhalten.

Damit erhalten Sie die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers:

-6 V/0 mA – 5,99 V/60 mA =0,2 Ohm.

Warum hat sich die Einheit des Ergebnisses geändert? Erstens weist die niedrige Quellenimpedanz darauf hin, dass der Operationsverstärker ohne signifikante Spannungsänderung viel Strom aufnehmen kann. Außerdem werden Sie anhand des Ergebnisses feststellen, dass die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers der Lastimpedanz dessen ähnelt, was das Ausgangsbereichssignal des Operationsverstärkers anzeigt.

Darüber hinaus ähneln die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers und das Ausgangspotential der Quellenimpedanz des Geräts, das das Signal des Operationsverstärkers erhält. Es ist also stark belastet, wenn eine Quelle die Last mit einer mäßig niedrigen Lastimpedanz und einem Versorgungsstrom leitet. Außerdem benötigt das Spannungssignal einen hohen Strom und eine größere Verstärkung.

Das heißt, selbst wenn Ihre Quellenimpedanz niedrig ist, kann die Quelle Strom liefern, abgesehen von einem Spannungsabfall. Wenn Sie also den Spannungseinbruch reduzieren möchten, stellen Sie sicher, dass die Lastimpedanz höher ist als die Quellenimpedanz.

Daher führt eine hohe Lastimpedanz zu weniger Strom und Leistung bei hoher Lastimpedanz.

Ideale Impedanz des Operationsverstärkers

Eines der Merkmale einer idealen Operationsverstärkerimpedanz ist, dass sie eine unendliche Eingangsimpedanz und eine unendliche Verstärkung hat. Außerdem bedeutet dies, dass der Stromfluss in die Eingangsleitungen Null ist. Und dies geschieht, weil kein Strom in die Eingangsklemmen ein- oder ausgeht (nicht invertierend und invertierend). Daher wird es einen höheren Einheitsgewinn geben.

Außerdem hat der ideale Operationsverstärker eine Ausgangsimpedanz von Null. Das bedeutet also, dass der Ausgangsstrom unabhängig von der Ausgangsspannung ist. Daher benötigt der ideale Operationsverstärker keine Ausgangsimpedanz, um die Last zu leiten, um eine Spannung darüber zu liefern.

Kurz gesagt, Sie können sagen, dass die Ausgangsimpedanz null oder niedrig ist. Im Gegensatz dazu ist die Eingangsimpedanz unendlich oder hat eine hohe Eingangsimpedanz.

Wie berechnen Sie Eingangsimpedanz und Ausgangsimpedanz?

Da die Impedanz die Beziehung zwischen Spannung und Strom darstellt, können wir sie als das Verhältnis von ΔI zu ΔV darstellen. ΔI steht für Stromänderung, während ΔV für Spannungsänderung steht.

Außerdem können Sie den Unterschied im Eingangsruhestrom gegen den Unterschied im Eingangsgleichtaktspannungsbereich messen.

Es wäre also hilfreich, wenn Sie Parameter wie die Ausgangsimpedanz, die Open-Loop-Verstärkungsgleichung und die Quellenimpedanz hätten. Damit können Sie das Spannungsteilerprinzip verwenden, um die Ausgangs- und Eingangsspannungen zu erhalten.

(Zin/(Rs + Zin)) Vin =VQuelle – (1)

Wo:

Damit können Sie auch die Ausgangslastspannung mit der folgenden Formel berechnen:

Vout. (Neu laden/(Neu laden + Zout) =Vlad – (2)

Wo:

Außerdem können Sie Vout durch Verstärkungszeiten der Eingangsspannung ersetzen.

Kann man die Ausgangsimpedanz messen? Natürlich kannst du. Aber Sie müssen es als Thevenin-Ersatzschaltbild messen:

Es ist wichtig zu beachten, dass die obige Formel aus der linearen Beziehung zwischen Strom und Ausgangsspannung stammt.

Op-Amp Spannungsverstärker

Quelle:Wikimedia

Warum die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers unendlich ist

Typischerweise zeigt die Impedanz einen gegenläufigen Stromfluss (direkt oder alternierend). Wir haben also zwei Eingangsanschlüsse der Impedanz in einem idealen Operationsverstärker, der unendlich ist. Und es ist unendlich, weil der Strom nicht von den Eingangsanschlüssen in den Operationsverstärker fließt.

Daher ermöglicht es dem Eingang, Spannung anzuzeigen und darauf zu reagieren. Aber die Spannung würde keinen Strom in den Operationsverstärker leiten.

Mit anderen Worten, der Operationsverstärker würde die Eingangsspannung nicht beeinflussen. In der Praxis werden Sie jedoch einen winzigen Stromverlust in den Eingangskreisen des Operationsverstärkers bemerken (normalerweise weniger als ein paar Milliampere).

Warum die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers niedrig ist

Die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers ist niedrig, da die Spannung, die der Ausgang liefert, konstant ist. Und sie bleibt auch dann konstant, wenn der Ausgang mit einer Schaltung verbunden ist, die die Lastmenge erhöht.

Aber praktisch werden Sie sehen, dass die Operationsverstärker normalerweise einige Ohm in der Ausgangsimpedanz haben. Daher unterscheidet sich die tatsächliche Spannung des Ausgangsanschlusses basierend auf der Last, die Sie an den Ausgang anschließen.

Abschluss

Es ist typisch, dass die Eingangsimpedanz eines Operationsverstärkers hoch ist. Schließlich ist der Operationsverstärker ein Spannungsverstärkungsgerät. Außerdem lässt eine hohe Impedanz einen Spannungsabfall am Eingang zu. Außerdem hilft es, eine niedrige Stromaufnahme aufrechtzuerhalten und den Ladeeffekt zu vermeiden.

Was haltet ihr von dem Thema? Benötigen Sie Hilfe bei den Berechnungen? Oder haben Sie Fragen oder Anregungen? Bitte zögern Sie nicht, uns zu erreichen.


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