Eine Analogie für geteiltes Feedback

Eine hilfreiche Analogie zum Verständnis von Verstärkerschaltungen mit geteilter Rückkopplung ist die eines mechanischen Hebels, wobei die relative Bewegung der Hebelenden die Änderung der Eingangs- und Ausgangsspannungen darstellt und der Drehpunkt (Drehpunkt) die Position des realen oder virtuellen Massepunkts darstellt.

Nehmen Sie zum Beispiel die folgende nicht invertierende Operationsverstärkerschaltung. Aus dem vorherigen Abschnitt wissen wir, dass die Spannungsverstärkung einer nichtinvertierenden Verstärkerkonfiguration niemals kleiner als Eins sein kann (1). Wenn wir neben dem Schaltplan des Verstärkers ein Hebeldiagramm zeichnen, bei dem der Abstand zwischen dem Drehpunkt und den Hebelenden repräsentativ für die Widerstandswerte ist, bedeutet die Bewegung des Hebels Spannungsänderungen an den Eingangs- und Ausgangsklemmen des Verstärkers:

Physiker nennen diese Art von Hebel, bei dem die Eingangskraft (Anstrengung) zwischen dem Drehpunkt und dem Ausgang (Last) aufgebracht wird, eine dritte Klasse Hebel. Es zeichnet sich durch eine Ausgangsverlagerung (Bewegung) aus, die mindestens so groß ist wie die Eingangsverlagerung – eine „Verstärkung“ von mindestens 1 – und in die gleiche Richtung. Das Anlegen einer positiven Eingangsspannung an diese Operationsverstärkerschaltung ist analog zum Verschieben des „Eingangs“-Punkts am Hebel nach oben:

Aufgrund der wegverstärkenden Eigenschaften des Hebels verschiebt sich der „Ausgangspunkt“ zweimal bis zum Punkt „Eingabe“ und in die gleiche Richtung. In der elektronischen Schaltung entspricht die Ausgangsspannung dem Doppelten der Eingangsspannung bei gleicher Polarität. Das Anlegen einer negativen Eingangsspannung entspricht dem Bewegen des Hebels von seiner „Null“-Position nach unten, was zu einer verstärkten Ausgangsverschiebung führt, die ebenfalls negativ ist:

Wenn wir das Widerstandsverhältnis R₂ . ändern /R₁ , ändern wir die Verstärkung der Operationsverstärkerschaltung. In Bezug auf den Hebel bedeutet dies, den Eingabepunkt in Bezug auf den Drehpunkt und das Hebelende zu verschieben, was in ähnlicher Weise die Verschiebungs-„Verstärkung“ der Maschine ändert:

Jetzt wird jedes Eingangssignal um den Faktor vier statt um den Faktor zwei verstärkt:

Invertierende Operationsverstärkerschaltungen können auch unter Verwendung der Hebelanalogie modelliert werden. Bei der invertierenden Konfiguration ist der Massepunkt des Rückkopplungsspannungsteilers der invertierende Eingang des Operationsverstärkers mit dem Eingang links und dem Ausgang rechts. Dies entspricht mechanisch einem ersten Hebel, bei dem die Eingangskraft (Anstrengung) auf der gegenüberliegenden Seite des Drehpunkts vom Ausgang (Last) liegt:

Bei gleichwertigen Widerständen (gleiche Hebellängen auf jeder Seite des Drehpunkts) ist die Ausgangsspannung (Verschiebung) gleich groß wie die Eingangsspannung (Verschiebung), jedoch mit entgegengesetzter Polarität (Richtung). Eine positive Eingabe führt zu einer negativen Ausgabe:

Ändern des Widerstandsverhältnisses R₂ /R₁ ändert die Verstärkung der Verstärkerschaltung, genauso wie das Ändern der Drehpunktposition auf dem Hebel seine mechanische Verschiebung „Verstärkung“ ändert. Betrachten Sie das folgende Beispiel, in dem R₂ ist doppelt so groß wie R₁ :

Mit der invertierenden Verstärkerkonfiguration sind jedoch Verstärkungen von weniger als 1 möglich, genau wie bei erstklassige Hebel. Umkehren von R₂ und R₁ Werte ist analog zum Bewegen des Drehpunkts in seine komplementäre Position auf dem Hebel:ein Drittel des Weges vom Abtriebsende. Dort beträgt die Ausgangsverdrängung die Hälfte der Eingangsverdrängung: