op_what6(Negative Feedback Systems and Its Effects)

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Was sind OpAmps?

Negative Rückkopplungssysteme und die Auswirkungen

Negatives Rückkopplungssystem
Rückkopplungsschaltkreis – Beispiel

Obwohl OpAmps Hochspannungsverstärker sind, führt kein OpAmp eine eigenständige Verstärkung durch.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass es schwierig ist, die offenen Verstärkungsvariationen und Schmalbandfaktoren zu kontrollieren.
Daher wird für gewöhnlich ein negativer Rückkopplungsschaltkreis verwendet.
Das Diagramm auf der rechten Seite zeigt ein Beispiel für ein negatives Rückkopplungssystem.

Die Konfiguration eines negativen Rückkopplungsschaltkreises bietet folgende Vorteile.

[Vorteile von negativen Rückkopplungsschaltkreisen]

  • Erweitert den Bereich (Bandbreite), in dem die Verstärkung des Verstärkerschaltkreises konstant wird
  • Minimiert die Auswirkungen der unterschiedlichen offenen Verstärkungen eines OpAmps
  • Verhindert Verzerrung
1.Erweitert den Bereich (Bandbreite), in dem die Verstärkung des Verstärkerschaltkreises konstant wird

Zuerst wird die Übertragungsfunktion bestimmt, die den Ausgang zum Eingang des Modells in Beziehung setzt.

Formel

AO : OpAmp – Offene Verstärkung (Leerlaufverstärkung)
β : Rückkopplungsfaktor
1+βA(s) : Höhe der Rückkopplung
Loop-Verstärkung : βA(s)

Darüber hinaus verfügt der OpAmp über eine Übertragungsfunktion für eine Verzögerung erster Ordnung, wie durch die folgende Gleichung dargestellt.Frequenzeigenschaften

Formel

Die obigen Frequenzeigenschaften verdeutlichen die Beziehung der obigen Formel.
Die Anwendung von negativer Rückkopplung reduziert die Verstärkung und die Höhe an Rückkopplung und zeigt, dass ωO sich auf ωO(1+βAO) erweitern wird.

2. Minimiert die Auswirkungen der unterschiedlichen offenen Verstärkungen eines OpAmps

Nehmen wir außerdem an, dass die offene Verstärkung des OpAmps in der Gleichung der Übertragungsfunktion (die Ausgang zu Eingang in Beziehung setzt) groß genug ist (AO>>1), kann die Verstärkung des negativen Rückkopplungsschaltkreises bei niedrigen Frequenzen an 1/β angenähert werden.
Mit anderen Worten: Wenn die offene Verstärkung des OpAmps groß ist, wird die Verstärkung des Rückkopplungsschaltkreises allein durch die Rückkopplungsrate (ungeachtet der Verstärkung) bestimmt.
Folglich wird der Verstärkungsfaktor des Verstärkerschaltkreises (d. h. invertierende Verstärker) bei niedrigen Frequenzen allein durch den äußeren Widerstand bestimmt.
Falls die offene Verstärkung groß genug ist (AO>>1), sind die Folgen einer offenen Verstärkung (basierend auf Temperatureigenschaften und Produktionsvariationen) klein, selbst mit einigen Schwankungen.

Formel
3. Verhindert Verzerrung

Die untere Abbildung zeigt einen Rückkopplungsschaltkreis mit Fehlerelementen.
Bei den durch den OpAmp generierten Fehlern handelt es sich hier um VD.
Elemente wie Verzerrung, Fehlerspannung und Lärm sind eingeschlossen.

Negativer Rückkopplungsschaltkreis mit Lärm und Verzerrung
Formel

Die Übertragungsfunktion, einschließlich Verzerrung, ist in der Gleichung auf der rechten Seite dargestellt.
Wie hier gezeigt wird, wird VD kleiner, je größer die Verstärkung wird. Außerdem können wir sehen, dass der Fehler gemildert wird.

Andererseits sind unten einige Nachteile der Konfiguration von negativen Rückkopplungsschaltkreisen aufgeführt.

[

Nachteile der Konfiguration eines negativen Rückkopplungskreises

- Kleinerer Verstärkungsfaktor verglichen mit offener Verstärkung
- Rückkopplung kann zur Schwingung des Schaltkreises führen

OpAmp/VergleichergrundlagenAnwendungshinweise

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