Одну минуту! Я не пытаюсь понять, что негативная обратная связь делает в конце концов , или почему она должна использоваться. Я пытаюсь понять, как схема достигает устойчивого состояния, и как, шаг за шагом, отрицательная обратная связь заставляет Vout быть таким же, как Vin. Это не было должным образом учтено в других ответах.
Предположим, что операционный усилитель имеет коэффициент усиления 10000, напряжение питания 15 В, а Vin - 5 В.
Насколько я понимаю, это так:
- составляет 5 В, поэтому должно быть 50 000 В. Тем не менее, он ограничен 15 В источником питания операционного усилителя.
- затем применяется обратно к , но вычитается из из-за его отрицательной обратной связи
- Таким образом, дифференциальное входное напряжение теперь составляет 5 В - 15 В = -10 В
- Затем он усиливается до -15 В операционным усилителем (из-за насыщения)
- Теперь -15V применяется к через отрицательную обратную связь, но оно добавляется к 5V, из-за двойного отрицательного
- Таким образом, теперь дифференциальный вход равен 20 В, а равен 15 В (из-за насыщения)
- Кажется, что каждый раз, когда операционный усилитель достигнет насыщения, но просто инвертировать выход
Я явно сделал что-то не так здесь. Таким образом, выходной сигнал никогда не стабилизируется при 5 В. Как это на самом деле работает?
Благодаря превосходным ответам, я (кажется, я) понял действие отрицательной обратной связи. Насколько я понимаю, это так:
Скажем для простоты, что вход является идеальным шагом до 5 В (в противном случае выходной сигнал будет следовать за переходным сигналом, что делает все «непрерывным» и его трудно объяснить пошагово).
- В начале вход 5 В, а сейчас выход 0 В, а 0 В возвращается к
- Таким образом, теперь дифференциальное напряжение составляет 5 В. Поскольку коэффициент усиления операционного усилителя составляет 10000, он должен выдавать выходной сигнал 50 000 В (практически ограниченный напряжением питания), поэтому выходной сигнал начнет быстро увеличиваться.
- Давайте рассмотрим момент времени, когда этот выход достигает 1В.
- Прямо сейчас обратная связь также будет равна 1 В, а дифференциальное напряжение упадет до 4 В. Теперь «целевое» напряжение операционного усилителя будет составлять 40000 В (из-за усиления 10000, и опять же, ограничено 15 В источником питания). Таким образом, V_out будет продолжать быстро расти.
- Давайте рассмотрим момент времени, когда этот выход достигает 4В.
- Теперь обратная связь также будет на уровне 4 В, а дифференциальное напряжение упадет до 1 В. Теперь «цель» операционного усилителя составляет 10 000 В (ограничено 15 В в зависимости от источника питания). Таким образом, будет продолжать расти.
Появляется следующая картина: дифференциальный вход вызывает увеличение V_out, что вызывает увеличение напряжения обратной связи, что вызывает уменьшение дифференциального входа, что снижает выходное напряжение целевого операционного усилителя. Этот цикл является непрерывным, что означает, что мы можем разбить его на еще более короткие интервалы для исследования. Так или иначе:
- Давайте рассмотрим момент времени, когда этот выход достигнет 4.9995V. Сейчас обратная связь составляет 4,9995 В, поэтому дифференциальное напряжение упадет до 0,0005 В . Теперь цель ОУ является .
Однако если операционный усилитель достигает 4,9998 В, то теперь дифференциальное напряжение будет составлять всего 0,0002 В. Таким образом, выход операционного усилителя должен снизиться до 2 В. Почему этого не происходит?
Я считаю, что я наконец понял процесс:
Выход операционного усилителя не может достигать 4,9998 В. Поскольку, как только значение превысит 4,9995 В, обратная связь также увеличится, что приведет к уменьшению дифференциального входа, в результате чего выход операционного усилителя вернется к 4,9995 В.
И если выходной сигнал операционного усилителя снизится до уровня ниже 4,9995 В, обратная связь будет уменьшена, что приведет к увеличению дифференциального напряжения, в результате чего выходной сигнал операционного усилителя вернется к 4,9995 В.
Последние два пункта являются сущностью отрицательной обратной связи. стабилизировался как можно ближе к . Если бы усиление было выше, разница в и была бы меньше. Если коэффициент усиления достигает бесконечности, то выходное напряжение точно равно входному напряжению, и из-за того, что обратная связь точно равна , будет нулевое дифференциальное напряжение, и между двумя входами будет создано виртуальное заземление. V я п V о ц т V я п V я п