Nur eine Minute! Ich versuche nicht zu verstehen, was negatives Feedback letztendlich bewirkt oder warum es verwendet werden sollte. Ich versuche zu verstehen, wie die Schaltung den stationären Zustand erreicht und wie die negative Rückkopplung nach und nach bewirkt, dass Vout mit Vin identisch ist. Dies wurde in anderen Antworten nicht ausreichend angesprochen.
Nehmen wir an, der Operationsverstärker hat eine Verstärkung von 10.000, eine Versorgung von 15 V und Vin ist 5 V.
Nach meinem Verständnis geht das so:
- beträgt 5 V, daher sollte V o u t 50.000 V betragen. Sie ist jedoch durch die Stromversorgung des Operationsverstärkers auf 15 V begrenzt.
- wird dann wieder auf angewendet , abervon V i n subtrahiert,weil es sich um einenegativeRückkopplung handelt
- Die differentielle Eingangsspannung beträgt jetzt also 5V - 15V = -10V
- Dieser wird dann vom Operationsverstärker auf -15 V verstärkt (wegen Sättigung)
- Nun wird auf -15 V angelegt durch negative Rückkopplung, aber es wird zu 5V, durch doppelte negative
- So nun Differenzeingang ist 20 V, und ist 15 V (aufgrund der Sättigung)
- Es scheint, als würde der Operationsverstärker jedes Mal die Sättigung erreichen, aber nur den Ausgang invertieren
Ich habe hier offensichtlich etwas falsch gemacht. Auf diese Weise wird sich der Ausgang niemals auf 5 V stabilisieren. Wie funktioniert das eigentlich?
Aufgrund der hervorragenden Antworten habe ich (glaube ich) die Funktionsweise von Gegenkopplungen verstanden. Nach meinem Verständnis geht das so:
Nehmen wir der Einfachheit halber an, dass der Eingang ein perfekter Schritt zu 5 V ist (andernfalls würde der Ausgang dem transienten Eingang folgen, was alles "stetig" und in Schritten schwer zu erklären macht).
- Am Anfang ist der Eingang 5 V, und in diesem Augenblick das Ausgangssignal auf 0 V und 0 V wird an zurückgeführt ,
- Die Differenzspannung beträgt jetzt also 5V. Da die Verstärkung des Operationsverstärkers 10.000 beträgt, möchte er eine Ausgangsspannung von 50.000 V erzeugen (praktisch begrenzt durch die Versorgungsspannung), wodurch die Ausgangsspannung schnell ansteigt.
- Betrachten wir den Zeitpunkt, zu dem dieser Ausgang 1 V erreicht.
- Im Moment beträgt die Rückkopplung ebenfalls 1V und die Differenzspannung ist auf 4V gefallen. Jetzt beträgt die Zielspannung des Operationsverstärkers 40.000 V (aufgrund der Verstärkung von 10.000 und wiederum durch die Stromversorgung auf 15 V begrenzt). Somit wird V_out weiterhin schnell ansteigen.
- Betrachten wir den Zeitpunkt, zu dem dieser Ausgang 4 V erreicht.
- Jetzt liegt die Rückkopplung ebenfalls bei 4V und die Differenzspannung ist auf 1V gefallen. Das Operationsverstärker-Ziel ist jetzt 10.000 V (durch die Versorgung auf 15 V begrenzt). So wird noch behalten zu erhöhen.
Das entstehende Muster ist: Der Differenzeingang bewirkt eine Erhöhung von V_out, was eine Erhöhung der Rückkopplungsspannung bewirkt, was eine Verringerung des Differenzeingangs bewirkt, was die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers verringert. Dieser Zyklus ist kontinuierlich, dh wir können ihn zur Untersuchung in noch kürzere Intervalle aufteilen. Jedenfalls:
- Betrachten wir den Zeitpunkt, zu dem dieser Ausgang 4,9995 V erreicht. Gerade jetzt ist das Feedback 4.9995V, so dass die Differenzspannung 0.0005V fallen . Nun das Ziel des Operationsverstärkers ist 0,0005 V * 10 , 000 = 5 V .
Allerdings , wenn der Operationsverstärker 4.9998V erreicht, nun die Differenzspannung wird nur 0.0002V sein. Daher sollte die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers auf 2 V abfallen. Warum passiert das nicht?
Ich glaube, ich habe den Prozess endlich verstanden:
Wenn die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers auf unter 4,9995 V abfällt, nimmt die Rückkopplung ab, wodurch die Differenzspannung ansteigt und die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers wieder auf 4,9995 V steigt.