Принцип расчёта схем (операционные усилители с ООС)

[Kevsh]

Рассмотрим самую простую схему инвертирующего усилителя. Принцип её расчёта вроде понятен - держим в голове, что ОС не потребляет тока и что напряжение между его входами равно нулю. А что изменится, если поменять его входы местами? Вот в моём представлении ничего не меняется.
Подали мы на вход $5\text{ В}$, $R_1=1\text{ кОм}$, $R_2=4\text{ кОм}$. На $R_1$ упало всё входное напряжение, ведь напряжение между входами усилителя равно нулю. Держим в голове, что ток усилитель не потребляет, то есть наши два резистора являются самым обычным делителем напряжения. Получается, что но $R_0$ содержится в $\frac{R_0}{R_1}=4$ раза больше напряжения, чем на $R_1$, то есть $U_{R_0}=16\text{ В}$. Заметим, что выходное напряжение - напряжение между точкой выхода и землёй, чем и является напряжение на $R_0$. При этом напряжение на этом резисторе падает от нуля на инвертирующем входе, то есть на выходе мы получаем $-16\text{ В}$.
Вопрос: если я покажу мои рассуждения случайному человеку и закрою пальцем слово "инвертирующем" в последнем предложении, то как он поймет, какое было расположение входов усилителя? По сути я могу поменять $-$ и $+$ местами, при этом ничего не меняется. Я явно что-то упускаю, но не могу понять, что именно.


Из-за этого недопонимания возникают проблемы с анализом работы триггера Шмитта. Это, получается, неинвертирующий усилитель, у которого поменяли местами входы. Вот совершенно неясно, почему получается приведённая передаточная характеристика. Мне ясно, почему $U_{\text{вх}}=\frac{U_{\text{вых}}R_2}{R_1+R_2}$. Ну никак из этой зависимости не получается то, что на картинке. Тут помогают интуитивные рассуждения типа "напряжение подаётся на инвертирующий вход, следовательно напряжение на выходе должно быть противоположного знака", но это как-то не очень.

[SVD-d]

Думаю, надо держать в голове ещё одно правило: когда сигнал на "+" входе больше, чем на "-", усилитель увеличивает сигнал на выходе. Когда меньше - уменьшает.
Собственно, приведённые вами правила характеризуют статический режим работы усилителя, а забытое - динамический, который как раз тут и важен.

[EUgeneUS]

SVD-d в сообщении #1556827 писал(а):

что ОС не потребляет тока и что напряжение между его входами равно нулю.

Тут, видимо, вместо "ОС" следует читать "ОУ". И уточнение: ОУ не потребляет тока "по входу" (входное сопротивление идеального ОУ - бесконечность). А по питанию он, конечно, ток будет потребляет.

Kevsh в сообщении #1556821 писал(а):

А что изменится, если поменять его входы местами? Вот в моём представлении ничего не меняется.

Это плохое, негодное представление.

Если сигнал с выхода подать не на инвертирующий вход, а на НЕинвертирующий, то ООС превратится в тыкву в ПОС. А с учётом огромного усиления ОУ, он станет компаратором. Или начнёт генерировать чего-нибудь.

Кстати, в очередной раз рекомендую обратиться к соответствующей главе в Хоровице и Хилле. Насколько помню, там авторы, так же как и с транзисторами:
а) сначала формулируют условия, при которых действуют правила.
б) а уже потом сами правила (типа, "напряжение между входами ОУ равно нулю").

[sergey zhukov]

Kevsh
Если замкнуть выход усилителя на вход "минус" (ООС), получим ноль на выходе. А если замкнуть выход усилителя на вход "плюс" (ПОС), то получим на выходе максимально возможное отклонение напряжения от нуля в положительную или отрицательную сторону (напряжение питания ОУ). Совершенно ясно, что ООС стремится "прижать" выход к нулю, а ПОС - "отбросить" его от нуля как можно дальше в любую сторону. Это совершенно не одно и то же. Поэтому ООС - это всегда снижение усиления, аналоговый режим работы ОУ, умеренность. А ПОС - это всегда дискретный режим работы ОУ, никакой середины - только крайности, либо максимум в плюс, либо максимум в минус, генераторы, и триггеры.

Если рассуждать, что "напряжение между входами ОУ равно нулю", то тогда и в самом деле между ними нет никакой разницы. Можно было-бы и один вход сделать. Конечно, ОУ дает на выходе усиленную разницу напряжений между своими входами (из положительного входа вычитается отрицательный). Если коэффициент усиления усилителя достаточно большой, то этой разницей между входами можно и пренебречь, конечно. Но не до степени "если поменять местами входы, то ничего не изменится".

[Kevsh]

EUgeneUS
Я взял эти правила из Хоровица и Хилла. Я не обратил внимание на то, что там написано: "Операционный усилитель оценивает состояние входов и с помощью внешней схемы ОС передаёт напряжение с выхода на вход, так что в результате разность напряжений между входами становится равной нулю (если это возможно)". Тут, видимо, невозможно. Я собрал схему и замерил напряжение между входами - во втором случае оно, мягко говоря, отличается от нуля. На самом деле, если даже просто подключить источник напряжения к ОУ, то это напряжение не может быть равно нулю, хотя бы из второго закона Кирхгофа. Так что я думаю, что можно руководствоваться таким правилом: если напряжение на неинвертирующем входе больше, чем на инвертирующем, то напряжение на выходе начинает повышаться, пока не достигнет напряжения питания или пока напряжение между входами не станет нулевым. С инвертирующим входом всё в точности наоборот.

[EUgeneUS]

Kevsh в сообщении #1556905 писал(а):

Я взял эти правила из Хоровица и Хилла. Я не обратил внимание на то, что там написано: "Операционный усилитель оценивает состояние входов и с помощью внешней схемы ОС передаёт напряжение с выхода на вход, так что в результате разность напряжений между входами становится равной нулю (если это возможно)". Тут, видимо, невозможно.

Тут другое. Эти правила относятся к ОУ, охваченному отрицательной обратной связью.

Посмотрел, как в Хоровице и Хилле.
Во втором русском издании (выходило в 1989 году, переиздавалось в 2014-м, первый том - оранжевая книга). Написано в 4.03

Цитата:

Сейчас мы познакомимся с важнейшими правилами, которые определяют поведение операционного усилителя, охваченного петлей обратной связи...

Это неточно, конечно, так как пропущено важнейшее слово: "охваченного петлей отрицательной обратной связи".

В третьем английском издании написано:

Цитата:

4.1.3 The golden rules
Here are the simple rules for working out op-amp behavior with external negative feedback. They're good enough for almost everything you'll ever do.

Тут всё верно. Слово "negative" на месте.

Кто накосячил с русским изданием, авторы (в раннем английском издании, с которого делался перевод) или переводчики - не знаю, раннего английского издания, с которого делался перевод у меня нет.

-- 09.06.2022, 17:35 --

Что касается оговорки "если это возможно". Это вот про что, например, пусть за счет обратной связи мы сделали усилитель с $Ky=10$, а на вход подали сигнал величиной половину напряжения питания. Тогда на выходе у нас будет почти напряжение питания, и этого не хватит, чтобы через петлю ООС "уравнять" напряжения на входах.

-- 09.06.2022, 17:37 --

sergey zhukov в сообщении #1556859 писал(а):

Если замкнуть выход усилителя на вход "минус" (ООС), получим ноль на выходе.

Извините, но Вы написали чушь. Причем эту чушь Вы пишите уже не первый раз. evil:
Разве сложно запомнить: "Если замкнуть выход усилителя на вход "минус" (ООС), то получим повторитель"?

-- 09.06.2022, 17:53 --

UPD: А вот и в русском издании нашлось, но где-то далеко
В разделе "4.08. Основные предостережения при работе с ОУ" написано

Цитата:

2. Обратная связь должна быть отрицательной. Это означает (помимо всего прочего), что нельзя путать инвертирующий и неинвертирующий входы.

То есть всё было написано, только Вы не дочитали

[sergey zhukov]

EUgeneUS
Эти примеры был для случая, когда второй вход ОУ на земле, конечно.

[Pphantom]

Давайте для определенности: в ПРР ссылки принимаются на учебники, многографии и научные статьи (опубликованные в рецензируемых журналах). Обсуждение в режиме "а вот на другом форуме третий человек написал четвертому то-то" явно не подходит. Изложение сугубо собственной сколь угодно прогрессивной точки зрения тут вести не надо.

Поэтому возникшая дискуссия отделена в «Операционные усилители с ООС и замена плюса на минус»