Negativer Widerstand, Einfluss auf die Spannungsquelle?

Nach dieser , wenn$R_1=R_2=R$ dann ist der Eingangswiderstand $R_{in}=-R_3$und wenn wir davon ausgehen, dass der Operationsverstärker ideal ist. Der negative Widerstand verläuft also parallel zur Spannungsquelle$V_s$.

• Verstehe ich das gut, in diesem Fall wirkt die ideale Spannungsquelle als Last- und Eingangswiderstand $R_{in}=-R_3$ fungiert als Generator?

• Wie ist es also möglich, dass ideale Spannungsquelle $V_s$ Welcher Innenwiderstand ist 0 und wirkt als Last?

• Wenn $V_s$ist eine reale Spannungsquelle mit endlichem Innenwiderstand, welche Auswirkungen auf die Spannungsquelle, dh die Batterie, werden in diesem Fall sein? Können wir diese Batterie mit übermäßigem Strom irgendwie zerstören?

Ja, Ihre Opamp-Schaltung weist am positiven Opamp-Eingang einen Widerstand von -R3 gegen Masse auf. Ich denke, Ihre Frage bezieht sich eher darauf, was eine Spannungsquelle tun wird, wenn sie einen negativen Widerstand aufweist.

Der Strom fließt rückwärts durch die Spannungsquelle. Das heißt, der negative Widerstand erzeugt Strom und die Spannungsquelle leitet ihn ab. Das ist ok. Tatsächlich erzeugen negative Widerstände immer Strom, es sei denn, die Spannung über ihnen ist Null, genau wie positive Widerstände immer Strom absorbieren, es sei denn, die Spannung über ihnen ist Null. Dies ist ein Grund, warum wir keine negativen Widerstände haben wie positive Widerstände. Die negativen Widerstände müssten Strom erzeugen.

Um zu sehen, wer aufpasste, als er über negative Widerstände sprach, sagte mein Professor für Schaltkreise am College abschließend: "... und ich habe ein Glas davon in meinem Büro. Jeder, der einen sehen möchte, kann später vorbeikommen." und sah sich dann um, um zu sehen, wer lachte. Ich war überrascht, wie viele ausdruckslos starrten und sich fragten, warum einige von uns kicherten.

Ich denke, die Verwirrung rührt von der Tatsache her, dass wir selten auf negative Widerstände stoßen und dass Sie es gewohnt sind, sich eine Spannungsquelle so vorzustellen, dass sie Strom erzeugt und nicht absorbiert. Wenn ja, müssen Sie Ihre Aussichten erweitern. Das einzige, was eine ideale Spannungsquelle garantiert, ist, die Spannung über ihr konstant zu halten. Das ist wahr, ob es Strom liefern oder sinken muss, um es zu tun. Es gibt Fälle in regulären Schaltkreisen, in denen Spannungsquellen vorhanden sind, die durch Absinken des Stroms arbeiten sollen. Das ist im Grunde genommen ein Shunt-Regler. Eine Zenerdiode ist eine passive Komponente, die dies tut.

Sie müssen erkennen, dass eine Spannungsquelle, insbesondere eine ideale Spannungsquelle, die wie oben für die theoretische Analyse verwendet wird, nicht mit einer Stromversorgung identisch ist. Stromversorgungen können versuchen, eine ideale Spannungsquelle zu emulieren, zumindest für einige Grenzen innerhalb des Betriebs des ersten Quadranten, aber eine echte ideale Spannungsquelle funktioniert für alle Ströme von -∞ bis + ∞.

Wenn die Spannungsquelle einen positiven Widerstand hätte, wäre dies dasselbe wie eine ideale Spannungsquelle mit einem positiven Widerstand in Reihe. Serienwiderstände addieren sich, ob sie negativ oder positiv sind. Der Effekt aus Sicht der Spannungsquelle ist einfach die Summe der beiden Widerstände.

Beachten Sie, dass die Schaltung instabil wird, wenn der Widerstand der Spannungsquelle zu hoch ist. Betrachten Sie einen negativen Widerstand im Leerlauf. Es wäre bei genau 0 Volt stabil, aber sobald eine kleine Spannung anliegt, würde es je nach Vorzeichen der Startspannung schnell zu einer positiven oder negativen unendlichen Spannung ablaufen.

Offensichtlich können echte Schaltkreise nicht auf unendliche Spannung gehen. Bei Ihrer Operationsverstärkerschaltung kann der Operationsverstärker nur an seine Versorgungsschienen ausgegeben werden. Sobald dies geschieht, funktioniert es nicht mehr als negativer Widerstand.

Lassen Sie uns analysieren, was in dieser Schaltung vor sich geht:

Nehmen wir an, dass die Spannung an jedem Eingangsanschluss des Operationsverstärkers gleich ist.

Das heißt, durch R1 haben wir folgenden Strom:

$$\begin{equation} I_1 = \frac{Vs}{R1} \end{equation}$$

Dieser Strom kann nicht vom Opamp-Eingangsanschluss kommen, daher muss er durch R2 kommen.

$$\begin{equation} I_1 = I_2 = \frac{Vo - Vs}{R2} \end{equation}$$

Lassen Sie uns für die Ausgangsspannung lösen.

$$\begin{equation} Vs \cdot R2 = R1 \cdot (Vo - Vs)\\ Vo = \frac{Vs (R2 + R1)}{R1} \end{equation}$$

Und schließlich kann ein gewisser Strom durch R3 fließen.

$$\begin{equation} I_3 = \frac{Vs - Vo}{R3}\\ I_3 = \frac{Vs - \frac{Vs (R2 + R1)}{R1}}{R3}\\ I_3 = Vs \frac{-R2}{R1 \cdot R3}\\ I_3 = Vs \frac{-1}{R3} \end{equation}$$

Unsere anfängliche Annahme, dass Strom aus dem positiven Vs-Anschluss fließt, war falsch, er fließt tatsächlich ein. Sie haben also Recht, dass diese Schaltung ähnlich wie ein Generator / Ladegerät für die Spannungsquelle wirkt, da sie die Quelle zurückgibt, anstatt sie aufzunehmen es raus.

Es gibt einige wichtige Take-Aways:

1. Die Quellenspannung ist niedriger als die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers. Wie viel niedriger wird vom R3-Widerstand vorgegeben.

2. In der Praxis ist der Opamp nicht ideal. Es hat eine begrenzte Spannungsversorgungsgrenze und kann nur eine maximale Strommenge ausgeben. Die meisten Signal-Operationsverstärker vom Typ Jelly Bean können nur eine bestimmte Strommenge, z. B. in der Größenordnung von 40 mA, erzeugen / versenken. Daher kann es vorkommen, dass die Quelle bei einem bestimmten Setup niemals die Vorspannung umkehrt und wie gewohnt abfließt.

Was ist, wenn die Quelle nicht ideal ist und einen gewissen Innenwiderstand aufweist? Die Gleichungen ändern sich geringfügig (Sie können sie selbst analysieren), aber das Endergebnis ist, dass etwas weniger Strom in die Spannungsquelle fließt.

Wird dies eine Batteriequelle beschädigen / zerstören? Nun, es hängt stark von der Batterie ab, die Sie haben, welche tatsächlichen Widerstände Sie haben und wie nahe Ihr Operationsverstärker am Ideal ist. Bestimmte Batterien sollten Sie nicht aufladen (generische Alkaline-Batterien neigen eher zum Auslaufen, wenn Sie versuchen, sie aufzuladen).

Es ist wirklich schwierig, Ihre Fragen zu verstehen (Sie könnten versuchen, Ihre Frage zu bearbeiten, um kürzere Sätze zu verwenden), aber ich werde beim letzten einen Stich machen.

Ja, wenn der Quellenwiderstand von V _S größer als R3 ist, hat der Operationsverstärker eine positive Nettorückkopplung und "rennt weg". Ein idealer Operationsverstärker liefert eine unendliche Spannung, aber jeder praktische Operationsverstärker stoppt an seinen Versorgungsschienen, und an diesem Punkt wird der Strom auf die Versorgungsspannung geteilt durch den (positiven) Widerstand von R3 begrenzt.

Es gibt kein wirkliches Rätsel, der Begriff "negativer Widerstand" lässt es so klingen, als wäre es ein magisches Gerät, aber es ist nicht so.

Stellen Sie sich zunächst ein viel einfacheres Szenario vor. Eine Batterie H, die über einen Widerstand R mit einer anderen Batterie L mit niedrigerer Spannung verbunden ist. H beginnt einfach, L zu "laden", was im Grunde bedeutet, dass Strom in sie fließt. Wie viel Strom fließt, hängt hauptsächlich von der Spannung von H und R ab.

Was ist nun, wenn Sie den Wert der Spannung von H so steuern, dass die Strommenge, die in L fließt, von der Spannung von L abhängt? Insbesondere, so dass, wenn die Spannung von L ansteigt, der in sie fließende Strom zunimmt und wenn die Spannung von L abnimmt, der in sie fließende Strom (proportional) abnimmt. Es wäre mathematisch äquivalent zu einem negativen Widerstand. Genau das macht die Operationsverstärkerschaltung. Unser R ist R3 in der Schaltung, unsere Batterie L ist die Vs-Spannungsquelle, und unsere spezielle H-Batterie, die die Spannung entsprechend der Spannung von L ändert, ist die Operationsverstärkerschaltung, die ihre Ausgangsspannung so einstellt, dass unsere spezielle Bedingung erfüllt ist.

Dies funktioniert so lange, bis sich der Ausgang des Operationsverstärkers seiner Versorgungsspannung nähert, den Vorhang aufhebt und unseren Trick aufdeckt.

Soweit ich verstanden habe, hilft die Schaltung nur dem Generator $V_s$ Das Verhalten als interner Widerstand ist 0, wenn in die Last gepumpt wird (an die angeschlossen werden muss) $V_s$) einen zusätzlichen Strom. Es gibt also keinen Unterschied, ob der Interlan-Widerstand des Generators bereits 0 ist. In jedem Fall gibt es eine Grenze dafür, wie viel zusätzlicher Strom gepumpt werden kann, abhängig von beiden Vs und der maximalen Ausgangsspannung des Verstärkers.