Apa yang dimaksud dengan impedansi input dan output dari sebuah opamp?

Saya tidak pernah mengerti impedansi input dan output op-amp. Kalau ada yang bisa menjelaskan apa arti kedua istilah ini dalam op-amp saya akan sangat menghargai itu. Terima kasih!

http://www.eecs.tufts.edu/~dsculley/tutorial/opamps/opamps5.html

operational-amplifier impedance

— pengguna734861
sumber

Jawaban singkatnya: impedansi input "tinggi" (idealnya tak terbatas). Impedansi keluaran "rendah" (idealnya nol). Tapi apa artinya ini, dan mengapa itu berguna?

Impedansi adalah hubungan antara tegangan dan arus. Ini adalah kombinasi dari resistansi (independen-frekuensi, resistor) dan reaktansi (bergantung-frekuensi, induktor dan kapasitor). Untuk menyederhanakan diskusi, mari kita asumsikan bahwa semua impedansi kita adalah murni resistif, jadi impedansi = resistensi.

Anda sudah tahu bahwa resistansi menghubungkan tegangan dan arus oleh hukum Ohm:

E = I R

$E = IR$

atau mungkin

R = \frac{E}{I}

$R = \frac{E}{I}$

Artinya, satu ohm berarti bahwa untuk setiap volt, Anda mendapatkan satu ampere. Kita tahu bahwa jika kita memiliki resistor , dan kita memiliki arus , maka tegangannya harus . $100\Omega$ $1A$ $100V$

Konsep impedansi "input" dan "output" adalah hal yang hampir sama, kecuali kita hanya memperhatikan perubahan relatif pada tegangan dan arus. Itu adalah:

R = \frac{\partial E}{\partial I}

$R = \frac{\partial E}{\partial I}$

Jika kita berbicara tentang impedansi input op-amp, kita berbicara tentang berapa banyak arus yang akan mengalir ketika tegangan dinaikkan (atau berapa banyak arus yang akan mengalir, ketika tegangan berkurang). Jadi mengatakan input ke sebuah op-amp adalah , dan Anda mengukur arus yang diperlukan dari sumber sinyal untuk mengembangkan tegangan ini menjadi . Kemudian Anda mengubah sumber seperti yang muncul di op-amp, dan saat itu sekarang . Anda kemudian dapat menghitung impedansi input op-amp sebagai: $1V$ $1\mu A$ $3V$ $2\mu A$

\frac{(3 V - 1 V)}{2 μ A - 1 μ A} = 2 M Ω

$\frac{(3V-1V)}{2\mu A-1\mu A} = 2 M\Omega$

Biasanya, impedansi input op-amp yang sangat tinggi diinginkan karena itu berarti sangat sedikit arus yang diperlukan dari sumber untuk membuat tegangan. Artinya, op-amp tidak terlihat jauh berbeda dari sirkuit terbuka, di mana tidak memerlukan arus untuk membuat tegangan, karena impedansi sirkuit terbuka tidak terbatas.

Impedansi keluaran adalah hal yang sama, tetapi sekarang kita berbicara tentang seberapa besar tegangan sumber yang nampak berubah karena diperlukan untuk memasok lebih banyak arus. Anda mungkin telah mengamati bahwa baterai di bawah beban memiliki tegangan lebih rendah daripada baterai yang sama tidak di bawah beban. Ini adalah impedansi sumber dalam aksi.

Katakanlah Anda mengatur op-amp Anda ke output 5V, dan Anda mengukur tegangan dengan rangkaian terbuka ¹ . Arus akan (karena sirkuit terbuka) dan tegangan yang Anda ukur akan 5V. Sekarang, Anda menghubungkan resistor ke output, sehingga arus pada output op-amp adalah . Anda mengukur tegangan resistor ini dan menemukan itu menjadi . Anda kemudian dapat menghitung impedansi keluaran op-amp sebagai: $0A$ $50mA$ $4.99V$

- \frac{5 V - 4.99 V}{0 m A - 50 m A} = 0.2 Ω

$- \frac{5V - 4.99V}{0mA - 50mA} = 0.2\Omega$

Anda akan perhatikan bahwa saya mengubah tanda hasilnya. Akan masuk akal mengapa, nanti. Impedansi sumber rendah ini berarti op-amp dapat memasok (atau menenggelamkan) banyak arus tanpa tegangan banyak berubah.

Ada beberapa pengamatan yang harus dilakukan di sini. Impedansi input dari op-amp terlihat seperti impedansi beban untuk apa pun yang membuktikan sinyal ke op-amp. Impedansi keluaran op-amp terlihat seperti impedansi sumber untuk apa pun yang menerima sinyal dari op-amp.

Sumber yang menggerakkan beban dengan impedansi beban yang relatif rendah dikatakan sangat dimuat , dan sinyal tegangan akan membutuhkan arus yang tinggi. Sejauh impedansi sumber rendah, sumber akan dapat memasok arus tanpa tegangan kendur.

Jika Anda ingin meminimalkan kekenduran tegangan, maka impedansi sumber harus jauh lebih sedikit daripada impedansi beban. Ini disebut bridging impedansi . Ini adalah hal yang biasa dilakukan, karena kami biasanya mewakili sinyal sebagai tegangan, dan kami ingin mentransfer tegangan ini tidak berubah dari satu tahap ke tahap berikutnya. Impedansi beban yang tinggi juga berarti tidak akan ada banyak arus, yang juga berarti daya yang lebih kecil.

Op-amp yang ideal memiliki impedansi input tak terbatas dan impedansi keluaran nol karena mudah untuk membuat impedansi input lebih rendah (meletakkan resistor secara paralel) atau impedansi sumber lebih tinggi (meletakkan resistor secara seri). Tidak mudah untuk pergi ke arah lain; Anda membutuhkan sesuatu yang dapat menguatkan. Op-amp sebagai pengikut tegangan adalah salah satu cara untuk mengubah impedansi sumber tinggi menjadi impedansi sumber rendah.

Terakhir, teorema Thévenin mengatakan bahwa kita dapat mengubah sembarang jaringan listrik linier menjadi sumber tegangan dan resistor:

skema

Bahkan, "impedansi sumber" dapat didefinisikan sebagai resistansi setara Thévenin, sini. Ia bekerja untuk banyak juga. Tetapi kecuali Anda sudah tahu teorema Thévenin, itu bukan hal yang berguna untuk dikatakan. Namun, dengan memahami apa impedansi sumber dan beban, teorema Thévenin berarti Anda dapat menghitung impedansi untuk jaringan linear, terlepas dari kerumitannya. $R_{th}$

^{1: ini sebenarnya tidak mungkin, karena Anda harus menghubungkan kedua lead voltmeter Anda ke sirkuit, sehingga menyelesaikannya! Tapi, voltmeter Anda memiliki impedansi yang sangat tinggi, sehingga cukup dekat dengan rangkaian terbuka sehingga kita dapat mempertimbangkannya.}

— Phil Frost
sumber

Pertama, penting untuk membedakan antara input dan output impedansi dari op-amp yang tepat dan input dan output impedansi dari sebuah op-amp sirkuit .

Op-amp yang ideal memiliki impedansi input yang tak terbatas. Ini berarti bahwa tidak ada arus masuk atau keluar dari terminal input pembalik dan non-pembalik

Op-amp yang ideal memiliki impedansi keluaran nol. Ini berarti bahwa tegangan keluaran tidak tergantung pada arus keluaran.

Op-amp fisik yang sebenarnya hanya mendekati yang ideal ini dan memiliki impedansi input yang sangat besar dan impedansi output yang sangat rendah.

Ketika op-amp adalah bagian dari rangkaian seperti penguat, filter, dll., Impedansi input dari rangkaian akan, secara umum, berbeda dari impedansi input dari op-amp yang tepat.

Dalam rangkaian di tautan, input terhubung langsung ke input non-pembalik sehingga impedansi input (efektif) tidak terbatas.

Selanjutnya, output terhubung langsung ke output op-amp sehingga impedansi output (kira-kira) nol.

— Alfred Centauri
sumber

jadi dapatkah dikatakan bahwa impedansi input berarti resistansi / impedansi apa yang dilihat atau dilihat oleh sumber atau sumber di luar, sedangkan impedansi keluaran berarti apa yang dilihat oleh keluaran beban terhadap sumber?

— user734861

@ user734861, itu cara yang masuk akal untuk mengatakannya.

— Alfred Centauri

Op amp umumnya digunakan dalam situasi di mana impedansi input harus besar relatif terhadap impedansi lain pada pin input, dan di mana jalur umpan balik harus membuat impedansi output efektif sangat kecil relatif terhadap impedansi eksternal. Sifat aplikasi akan menentukan seberapa baik op amp harus memenuhi persyaratan ini.

— supercat

"Impedansi output sangat rendah." => sebagian besar op amp memiliki impedansi keluaran minimal 100 Ω, dan beberapa, terutama yang CMOS / RRIO, berada di wilayah 500-800 Ω [karena ini sering menggunakan tahap keluaran mirip VCCS, dan karena konduktansi MOS buruk] . Dengan gain loop tipikal ini masih menghasilkan impedansi output << 1 Ω, setidaknya untuk frekuensi rendah.

— Dom0