Entendo que, para que um amplificador operacional funcione corretamente, é necessário um loop de realimentação CC da saída para a entrada inversora ou a não inversora (dependendo do circuito externo).
Qual é o objetivo do feedback DC ao usar amplificadores operacionais? Por que é necessário e quais seriam os efeitos sem ele?
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amplifier
dc
feedback
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Respostas:
Um opamp ideal tem ganho infinito. Amplifica a diferença de tensão entre os pinos + e -. É claro que, na realidade, esse ganho não é infinito, mas ainda é bastante grande.
A saída do opamp (em algumas extensões também a entrada) é limitada pela fonte de alimentação, não podemos sair mais do que a fonte entra.
Se simplesmente colocássemos sinais no opamp sem feedback, eles os multiplicariam pelo infinito e obteriam uma saída binária (saturaria nos trilhos de suprimento)
Então, precisamos de alguma maneira de controlar o ganho. É isso que o feedback faz.
O feedback (CC e AC) toma parte da saída amplificada da entrada, de modo que o ganho é restringido muito mais pela rede de feedback, que é previsível e muito menos pelo ganho de loop aberto maciço (e imprevisível).
Mesmo em um circuito de CA, ainda precisamos de feedback que funcione em CC (zero Hz) ou o ganho seria apenas o do circuito aberto para sinais CC. O sinal CA, embora restrito, seria inundado pelo ganho de malha aberta de corrente contínua.
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Você já sabe que um opamp possui amplificação de loop aberto muito alta, geralmente 100 000 vezes. Vejamos a situação de feedback mais simples:
O opamp amplificará a diferença entre e V - :V+ V−
Agora e V - = V O U T , entãoV+=VIN V−=VOUT
ou reorganizando:
Isso é tão bom quanto
Este é um seguidor de tensão , um× amplificador 1, usado principalmente para obter uma alta impedância de entrada e uma baixa impedância de saída.
O feedback reduz a amplificação de loop aberto muito alta para 1. Observe que a alta amplificação é necessária para obter V O U T o mais próximo possível de V I N× VOUT VIN .
edit
Agora, usando apenas uma fração da tensão de saída no feedback, podemos controlar a amplificação.
Novamente
mas agora e V - = R 1V+=VIN V−=R1R1+R2×VOUT
Ou:
O termo "1" pode ser ignorado, para que
Observe que, tanto no seguidor de tensão quanto neste amplificador não inversor, o fator de amplificação real do opamp cancela, desde que seja alto o suficiente (>> 1).
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O amplificador operacional ideal possui ganho infinito, e isso é de pouca utilidade na eletrônica analógica. O feedback é usado para limitar o ganho do circuito. Você pode encontrar muitos exemplos no artigo da wiki .
Considere o loop de feedback simples:
No caso do amplificador operacional, seu ganho define A: será uma função bastante desagradável, porque esses amplificadores são feitos apenas para proporcionar ganhos brutais e não terão uma função linear agradável. Felizmente, se você olhar para Av, se A for grande o suficiente, cancelará o
1
e 1 / F para determinar o ganho.No caso do amplificador não inversor, o bloco F é um divisor de tensão, portanto será algo como 1 / X. Isso definirá o ganho do amplificador para X.
No caso de amplificadores operacionais reais, A não será infinito, mas grande o suficiente para permitir o cancelamento na equação de ganho DC. E as vantagens do feedback são ainda maiores, como aumentar a largura de banda, a linearidade, a relação S / N e muito mais. Por exemplo, em um circuito fechado, o ganho é determinado apenas pelo inverso do ganho de feedback, desde que o ganho do amplificador operacional seja grande o suficiente.
Na verdade, apenas um resistor não é tão útil quanto um feedback, pois se comporta da mesma forma que um curto-circuito. Um divisor de tensão em relação ao terra faz com que ele se comporte como um multiplicador de proporção fixa do mesmo fator (pela mesma razão mencionada acima).
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O objetivo do feedback CC é definir o que você deseja que o amplificador operacional faça, ou seja, qual será a sua tensão de saída. Sem ele, a saída aumentará ou diminuirá até atingir os trilhos de potência.
Isso pode ser útil e existe um grande mercado para amplificadores operacionais especializados para trabalhar dessa maneira, chamados "comparadores".
Um comparador é simples: se a entrada + for maior que a entrada -, a saída será + Vcc. Caso contrário, a saída é -Vee. O símbolo esquemático é o mesmo que um amplificador operacional, e eles podem, mesmo com esforço suficiente, ser convencidos a trabalhar em ambos os papéis, mas, na prática, os dois tipos são altamente especializados e esses esforços não valem a pena.
Com o caminho de realimentação CC, um amplificador operacional pode ser estável em algum momento que não seja "saída dura contra os trilhos", e o circuito geralmente é projetado para encontrar esse ponto.
Em vez de pensar estaticamente, pense em um amplificador operacional como um integrador. Sempre que sua entrada + for maior que sua entrada -, a saída de um amplificador operacional aumentará rapidamente. Esse aumento deve estar mais próximo dos insumos, parando finalmente quando são iguais. Da mesma forma, + entrada menor que - entrada fará com que a saída caia. O feedback geralmente é para a entrada - porque é a maneira mais simples de criar um circuito que funciona dessa maneira.
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Um amplificador de erro típico da fonte de alimentação não possui um caminho de feedback DC:
Posso garantir, no entanto, que este amplificador funciona muito bem.
Visualize este amplificador de erro controlando um conversor buck . O Vcomp seria usado para controlar o ciclo de trabalho de um comutador, que controla o fluxo de corrente através de um indutor e controla o Vout. À medida que o Vcomp aumenta, o ciclo de trabalho também aumenta, o que faz com que o Vout aumente e o Vcomp diminua. A rede de compensação aumentará ou diminuirá o Vcomp de maneira controlada, para forçar o Vout a corresponder ao Vref (o mais próximo que o opamp permitir).
[É claro, o trem de força está fornecendo alguma aparência de feedback de DC, mas discordo :)]
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Feedback DC nos usos do amplificador operacional devido à estabilidade, também o ganho do amplificador operacional é muito alto, por isso usamos o feedback para obter um ganho específico na saída
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