Operationsverstärker-Wechselrichter, gefolgt von Puffer. Warum?

In einem Schaltplan habe ich versucht zu verstehen, dass ich auf diese Teilschaltung gestoßen bin:

Es ist ein Operationsverstärker-Inverter, direkt gefolgt von einem Puffer. Die VIN kommt von einem DAC in einem Mikrocontroller und diese Schaltung erzeugt einen VOUT, der eine negative VIN ist. Der Operationsverstärker wird über positive und negative Schienen (hier nicht gezeigt) versorgt. So weit, ist es gut.

Aber ich verstehe die Gründe für die Verwendung von OA2 in dieser Schaltung nicht ganz. Der einzige Grund, den ich sehen kann, ist folgender: Ohne den Puffer (OA2) würde eine plötzliche Last an VOUT einen Strom von der VIN ziehen, bis sich die Rückkopplung des Operationsverstärkers OA1 einstellt (ungefähr 1 us). Mit dem Puffer (OA2) ist dies nicht mehr der Fall. Verstehe ich das richtig? Oder vermisse ich etwas?

Du hast recht. In den meisten Fällen ist dies albern, fügt eine Offset-Spannung hinzu und verwendet einen anderen Teil. Höchstwahrscheinlich handelt es sich nur um eine Knie-Ruck-Reaktion oder um das blinde Befolgen der Regel "Signal immer puffern", ohne sich zu viele Gedanken zu machen. Nicht alle Schaltpläne sind das Ergebnis eines guten Designs.

Der zweite Puffer bietet einige subtile Vorteile:

1. Der Rückkopplungsstrom durch R2 geht in die Gesamtausgangsstromkapazität von OA1 über. OA2 verfügt über alle aktuellen Funktionen, um den Ausgang anzusteuern.

   In diesem Fall ist R2 mit 10 kΩ ein schwaches Argument, da der Rückkopplungsstrom im Verhältnis zur Leistungsfähigkeit der meisten Operationsverstärker so klein ist. Manchmal passiert so eine Schaltung, weil R2 vorher viel niedriger war und der zweite Opamp nach einer Designänderung, die R2 ausgelöst hat, nicht entfernt wurde.

2. OA2 schützt das Eingangssignal vor Missbrauch des Ausgangssignals. Vin sieht die feste Impedanz von R1 nur so lange, wie OA1 im geschlossenen Regelkreis arbeitet. Wenn etwas Vout lädt, so dass OA1 es nicht auf die gewünschte Spannung treiben kann, liegt der negative Eingang von OA1 nicht mehr auf 0 V, und das Thevenin-Äquivalent, das Vin treibt, ändert sich.

   In dieser Schaltung kann der Ausgang von OA2 missbraucht werden, ohne den Ausgang von OA1 zu beeinflussen, was wiederum möglicherweise Vin nicht beeinflusst . Der Grund, warum ich "vielleicht" sage, ist, dass einige Opamps Back-to-Back-Dioden zwischen ihren Eingängen haben. Ich habe Ihren Opamp nicht nachgeschlagen, also weiß ich nicht, ob das hier der Fall ist. Wenn dies der Fall ist, wird der Missbrauch von Vout auf den positiven Eingang von OA2 zurückgeführt, der wiederum an Vin weitergeleitet wird.

   Dies ist wiederum ein schwaches Argument, da das Laden eines Operationsverstärkerausgangs bis zu einem Punkt, an dem er nicht die gewünschte Spannung ansteuern kann, den Operationsverstärker im Allgemeinen außerhalb der Spezifikation laufen lässt.

Dies hat keinen großen Einfluss auf die Leistung, es sei denn, die Übertragungsfunktion ist zweipolig.

Wahrscheinlich brauchte der Designer nur den einen Operationsverstärker im Dual und entschied sich, mit dem verbleibenden Verstärker etwas Gutes zu tun, um Ärger zu vermeiden. Dies ist eine häufige Situation bei LM324 Quad- und LM358-Doppelverstärkern.

Es gibt kein übliches billiges Äquivalent zum LM358 mit einem einzelnen Verstärker. Alle anderen Teile sind in der Regel teurer und / oder können in irgendeiner Weise eingeschränkt sein (z. B. mit einer niedrigeren maximalen Versorgungsspannung). Wenn also ein LM358 gut genug ist, sind Sie zufrieden kann es auch verwenden und den 2. Verstärker verschwenden.

Der "Puffer" dient nur dazu, die Ausgabe zu "puffern", wie der Name schon sagt.

Da OA1 Teil eines Feedback-Netzwerks ist, wird ein Teil seiner Ausgabe bereits verwendet (verloren durch R2 und R1). Dies bedeutet, dass OA1 weniger antriebsfähig ist. Wenn Sie also OA1 an einen anderen Teil eines Stromkreises anschließen, können unbeabsichtigte Dinge passieren. OA2 "folgt" oder "puffert" einfach die Ausgabe von OA1, und es hat keine Ausgabebelastung, hat also volle Laufwerksfähigkeit. Diese "Pufferung" wird allgemein gesehen und verwendet und macht den Betrieb der Schaltung robuster und zuverlässiger.

Auch Puffer sind hinsichtlich der Verzögerung von Bedeutung. Sowohl beim digitalen als auch beim analogen Schaltungsdesign können Hochgeschwindigkeitssignale durch Schaltungselemente erheblich verzögert werden. Manchmal werden mehrere Puffer verwendet - scheinbar ohne Zweck - außer um eine Verzögerung einzuführen. Dies geschieht üblicherweise so, dass sich zwei Signale im Zeitbereich "wieder treffen".

Wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist, dürfte es kaum einen Unterschied geben, wie die anderen Plakate bemerkten.

Bei der zweiten Variante ist es jedoch weniger wahrscheinlich, dass der Ausgang in den Eingang zurückfließt, und die Eingangslast wird wahrscheinlich von den Ausgangsanschlüssen unabhängig. Für einige Anwendungen (Audio?) Kann dies eine wünschenswerte Eigenschaft sein. Ob dies hier tatsächlich der Fall ist, hängt von der internen Beschaltung des jeweiligen Opamps ab. Da ein bestimmter Typ angegeben ist, kann dies tatsächlich Teil des Entwurfs gewesen sein.

In dem Schema, das Sie gezeichnet haben, hat dieses Layout, wie andere geantwortet haben, keinen so großen Nutzen.

Wenn es jedoch zwei verschiedene Modell-Operationsverstärker gibt und die Widerstandswerte unterschiedlich sind, kann es gute Gründe für die Verwendung eines solchen Layouts geben. Ich habe eine ähnliche Schaltung erstellt, die ein relativ hochfrequentes Signal verstärken und dann den Ausgang auf eine Last von 50 Ohm treiben musste. Diese beiden Funktionen erfordern Operationsverstärker mit unterschiedlichen Eigenschaften. Für den ersten Operationsverstärker ist eine höhere Bandbreite erforderlich, damit eine hohe Frequenz verstärkt werden kann, ohne dass die Verstärkung bei hohen Frequenzen verloren geht. Für den zweiten Operationsverstärker musste er einen höheren Ausgangsnennstrom haben, um eine Last von 50 Ohm bei maximaler Ausgangsspannung betreiben zu können, er benötigte jedoch keine so hohe Bandbreite, da er nur eine Verstärkung von 1 hatte.