Вопрос о дифференциальных сигналах на входе операционного усилителя

Я заметил, что во всех этих схемах в книге, которую я читал, всегда предполагается дифференциальный вход, то есть два (маленьких) сигнала с одинаковым значением постоянного тока и амплитудами, которые равны и противоположны. ... Вопрос: кто сказал, что, когда я замкну эти цепи с обратной связью, у меня будет на инвертирующем и на неинвертирующем выводах идеальный дифференциальный вход?

Если у вас есть любые два входных напряжения,$V_+(t)$и$V_-(t)$, вы можете разложить их на дифференциальные и синфазные сигналы

и если вы знаете дифференциальную и синфазную части, вы можете реконструировать два независимых несимметричных сигнала.

Таким образом, независимо от того, каковы фактические входные сигналы в ваш операционный усилитель, вы можете анализировать их (используя суперпозицию, как вы упомянули) как дифференциальные и синфазные сигналы.

И, если у вас есть хорошо спроектированный операционный усилитель, вы, вероятно, уже знаете, что синфазное усиление очень мало, особенно по сравнению с дифференциальным усилением. Так что, по крайней мере, для ручного расчета вполне разумно просто игнорировать синфазную составляющую входа и вычислять выход только из дифференциальной части входа.

Вы можете видеть, что неинвертирующий вывод закреплен на земле, тогда невозможно иметь дифференциальный вход для операционного усилителя.

Это неправильно. Если есть разница между двумя входами, у вас есть дифференциальная составляющая во входном сигнале. В вашем примере с$V_+=0$, у вас есть$V_d = -V_-$(а также$V_{cm}=V_-/2$).

Операционный усилитель не знает, что неинвертирующий вход подключен к земле. Операционный усилитель видит только то, что инвертирующий вход немного выше или ниже напряжения на неинвертирующем входе (при условии, что у нас есть отрицательная обратная связь).

Именно отрицательная обратная связь заставляет два входа располагаться очень близко друг к другу.

Таким образом, операционный усилитель действует как дифференциальный усилитель, усиливая небольшую разницу в напряжении между двумя входами. Поскольку мы добавили отрицательную обратную связь, мы заставили всю схему действовать как линейный усилитель с коэффициентом усиления, определяемым номиналами резисторов.

Чтобы упростить следующий анализ, я предположил, что операционный усилитель идеален (нулевое входное напряжение смещения и т. д.). Также не должно быть M5 на рис. 5.12 биполярным устройством. В последующем описании операции я предположил, что это так.

Давайте начнем с предположения, что оба входа операционного усилителя находятся точно в нуле вольт, выход находится в напряжении, которое помещает отрицательный вход точно в потенциал земли. В этой ситуации не будет тока из дифференциального усилителя, и M5 будет выключен, так как он не имеет базового тока. Это означает, что выходной сигнал начнет расти, но он не должен расти очень сильно, прежде чем обратная связь через сеть обратной связи создаст небольшую разницу напряжений на входе, которая направит небольшой базовый ток в базу M5, включит его и остановит выход. расти дальше. Выход остановился с небольшой ошибкой. Выход не может увеличиться, потому что это усилит включение M5, и не может упасть, потому что это включит M5 в меньшей степени. Единственный способ изменить выходное напряжение — изменить Vin. Поскольку Вин меняется, выходное напряжение меняется, как и небольшое напряжение ошибки на выходе, необходимое для создания переменного Vdiff на входе. Vdiff немного различается между входами, так как выход увеличивается и падает в ответ на изменение входа, потому что M5 необходимо включать/выключать на правильную величину.

Чем больше усиление постоянного тока без обратной связи, тем меньше будет ошибка на выходе и тем меньше будет Vdiff между входами. Прецизионные операционные усилители имеют высокий коэффициент усиления без обратной связи.

неинвертирующий вывод закреплен на земле, тогда невозможно иметь дифференциальный вход для операционного усилителя

Возможно, то, как вы думаете о «двух идеальных дифференциальных сигналах», вызывает некоторую путаницу. Предположим, у вас есть два разных напряжения.$V_A$и$V_B$, следовательно, дифференциальный сигнал.$V_{DC} = (V_A + V_B)/2$ваш компонент постоянного тока и$V_{dif} = (V_A - V_B)$разница . _ Для удобства и упрощения анализа суперпозицией, как вы написали в своем вопросе, вы накладываете сигналы$V_{DC} \pm V_{dif} / 2$.

Если$V_A = 0\,\mathrm{V}$и$V_B = 1\,\mathrm{V}$чем$V_{DC} = 0.5\,\mathrm{V}$и$V_{AC} = 0.5\,\mathrm{V}$.