Интуитивное понимание усилителей на ОУ
Операционные усилители знакомы всем со времен университета.
Знакомы схемы инвертирующего усилителя, неинвертирующего усилителя, буффера.
Знакомы их коэффициенты усиления, а также главные свойства ОУ:
- Бесконечно большое входное сопротивление
- Бесконечно малое выходное сопротивление
- Бесконечный коэффициент усиления
Но вот на интуитивном уровне я не понимал, как это устроено. Алгебра расчета усиления проста и логична. Но она испаряется из головы почти моментально.
Интуитивное понимание усилителей на ОУ
Какие два "золотых" правила ОУ?
1. Во входы ОУ ток ВООБЩЕ не течет
2. ОУ с отрицательной обратной связью делает напряжение на своих входах одинаковым.
И тут на помощь приходит цитата с easyelectronics:
Главный прикол, который крайне редко кто разъясняет, но который сразу делает все схемы с ОУ простыми и понятными заключается в том, что с точки зрения классического ТОЭ если в каких либо точках одинаковый потенциал, всегда одинаковый, то мы можем закоротить их нахрен и от этого НИЧЕГО в цепи не изменится. А как я уже показал в примере выше, то точки А и В у нас всегда равны друг другу. Операционный усилитель, через обратную связь их надежно выравнивает. А значит, мы смело можем рисовать виртуальное КЗ, вот так:
Получается следующее:
- Мы знаем, что между Rin и Rfb находится напряжение 0V
- Мы знаем, что слева от Rin находится напряжение 2V
- Мы знаем, что в отрицательный вход ОУ ток не течет, но он может течь в выход ОУ или в нагрузку после Vout
- Мы понимаем, что ток течет только слева направо, через Rin и Rfb
- Мы понимаем, что это фактически делитель напряжения:
5. И вот для того, чтобы Vin было равно 2V, средняя точка равна 0V, операционный усилитель на своем выходе выставит такое напряжение, которое позволит всему этому воплотиться в реальность.
Собственно в этом и есть вся идея усилителей на ОУ: гномики внутри ОУ выставляют на его выходе такое напряжение, чтобы напряжение на его входах было одинаковым.