Входное сопротивление операционного усилителя: характеристики и влияние на работу схем — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какое значение имеет входное сопротивление операционного усилителя. Как оно влияет на работу схем с ОУ. Каковы типичные значения входного сопротивления современных ОУ. Как входное сопротивление зависит от схемы включения ОУ.

Содержание

Что такое входное сопротивление операционного усилителя

Входное сопротивление операционного усилителя (ОУ) — это сопротивление между его входными выводами по отношению к входному сигналу. Оно характеризует нагрузку, которую ОУ создает для источника входного сигнала.

Входное сопротивление является одним из важнейших параметров операционного усилителя, так как оно определяет:

Насколько сильно ОУ будет нагружать предыдущий каскад схемы
Какой ток потребуется от источника сигнала для создания нужного входного напряжения
Какие значения элементов входной цепи нужно использовать

В идеальном операционном усилителе входное сопротивление бесконечно велико. Это означает, что ОУ не потребляет входной ток и не нагружает источник сигнала. На практике входное сопротивление реальных ОУ имеет конечное значение, но стремится к максимально возможному.

Типичные значения входного сопротивления современных ОУ

Входное сопротивление современных операционных усилителей может варьироваться в широких пределах в зависимости от типа и назначения ОУ:

Для ОУ общего применения на биполярных транзисторах — от 1 МОм до 10 МОм
Для прецизионных ОУ на биполярных транзисторах — до 100 МОм
Для ОУ на полевых транзисторах — от 10^12 Ом до 10^15 Ом

Для большинства практических применений входное сопротивление более 1 МОм считается достаточно высоким и близким к идеальному. Однако в некоторых случаях, например при работе с высокоомными источниками сигнала, может потребоваться еще более высокое входное сопротивление.

Как измерить входное сопротивление операционного усилителя

Существует несколько способов измерения входного сопротивления ОУ:

Метод вольтметра-амперметра:
- Подать на вход ОУ известное напряжение
- Измерить входной ток
- Рассчитать сопротивление по закону Ома: R = U / I
Метод делителя напряжения:
- Подключить ко входу ОУ резистор известного номинала
- Измерить напряжение на входе ОУ
- Рассчитать входное сопротивление по формуле делителя
Метод замещения:
- Заменить ОУ переменным резистором
- Подобрать сопротивление, при котором схема работает так же

Важно учитывать, что входное сопротивление ОУ может зависеть от частоты сигнала, поэтому измерения следует проводить на рабочей частоте схемы.

Влияние входного сопротивления на работу схем с ОУ

Высокое входное сопротивление операционного усилителя обеспечивает следующие преимущества:

Минимальная нагрузка на источник входного сигнала
Возможность работы с высокоомными источниками сигнала
Снижение погрешностей из-за входных токов
Упрощение расчета и проектирования входных цепей

При недостаточно высоком входном сопротивлении ОУ могут возникать следующие проблемы:

Искажение входного сигнала из-за нагрузки источника
Снижение коэффициента усиления схемы
Увеличение погрешности преобразования сигнала
Необходимость использования согласующих каскадов

Поэтому при выборе операционного усилителя и расчете схемы важно учитывать его реальное входное сопротивление и его соответствие требованиям конкретного применения.

Зависимость входного сопротивления от схемы включения ОУ

Входное сопротивление схемы на операционном усилителе может существенно отличаться от собственного входного сопротивления ОУ. Оно зависит от типа схемы и используемых внешних компонентов:

Инвертирующий усилитель

Входное сопротивление инвертирующего усилителя равно сопротивлению входного резистора R1:

R_вх = R1

Это значение обычно намного меньше собственного входного сопротивления ОУ.

Неинвертирующий усилитель

Входное сопротивление неинвертирующего усилителя практически равно собственному входному сопротивлению ОУ:

R_вх ≈ R_{вх ОУ}

Это позволяет получить очень высокое входное сопротивление схемы.

Дифференциальный усилитель

Входное сопротивление дифференциального усилителя зависит от сопротивлений входных резисторов и коэффициента усиления:

R_вх = R1 + R2 + (1 + K) * R_{вх ОУ}

где K — коэффициент усиления схемы.

Как увеличить входное сопротивление схемы на ОУ

Существует несколько способов повышения входного сопротивления схем на операционных усилителях:

Использовать ОУ с более высоким собственным входным сопротивлением (например, на полевых транзисторах)
Применять неинвертирующее включение ОУ вместо инвертирующего
Использовать схему повторителя напряжения на входе
Применять схемы с положительной обратной связью (например, схему бутстрэпа)
Использовать составные схемы из нескольких ОУ

Выбор конкретного метода зависит от требований к схеме и доступной элементной базы.

Заключение

Входное сопротивление является важнейшим параметром операционного усилителя, во многом определяющим его применимость в конкретных схемах. Понимание влияния входного сопротивления на работу схемы и методов его оптимизации позволяет создавать более эффективные и точные электронные устройства на основе ОУ.

Практическое применение операционных усилителей. Часть первая.

В этой статье мы обсудим некоторые аспекты практического применения операционных усилителей в повседневной жизни радиолюбителя.
Не растекаясь мыслею по древу и не вдаваясь в дремучие теоретические основы работы вышеозначенного усилителя, давайте все же обозначим некоторые основные термины и понятия, с которыми нам предстоит столкнуться в дальнейшем.
Итак — операционный усилитель. Далее будем называть его ОУ, а то очень лень писать каждый раз полностью.
На принципиальных схемах, чаще всего, он обозначается следующим образом:

На рисунке обозначены три самых главных вывода ОУ — два входа и выход. Разумеется, есть еще выводы питания и иногда выводы частотной коррекции, хотя последнее встречается все реже — у большинства современных ОУ она встроенная. Два входа ОУ — Инвертирующий и Неинвертирующий названы так по присущим им свойствам. Если подать сигнал на Инвертирующий вход, то на выходе мы получим инвертированный сигнал, то бишь сдвинутый по фазе на 180 градусов — зеркальный; если же подать сигнал на Неинвертирующий вход, то на выходе мы получим фазово не измененный сигнал.

Так же как и основных выводов, основных свойств ОУ тоже три — можно назвать их ТриО (или ООО — кому как нравится): Очень высокое сопротивление входа, Очень высокий коэффициент усиления (10000 и более), Очень низкое сопротивление выхода. Еще один очень важный параметр ОУ называется скорость нарастания напряжения на выходе (slew rate на буржуинском). Обозначает он фактически быстродействие данного ОУ — как быстро он сможет изменить напряжение на выходе при изменение оного на входе.
Измеряется этот параметр в вольтах в секунду (В/сек).
Этот параметр важен прежде всего для товарищей, конструирующих УЗЧ, поскольку, если ОУ недостаточно быстрый, то он не будет успевать за входным напряжением на высоких частотах и возникнут изрядные нелинейные искажения. У большинства современных ОУ общего назначения скорость нарастания сигнала от 10В/мксек и выше. У быстродействующих ОУ этот параметр может достигать значения 1000В/мксек.
Оценить — подходит ли тот или иной ОУ для ваших целей по скорости нарастания сигнала можно по формуле:

где, fmax — частота синусоидального сигнала, Vmax — скорость нарастания сигнала, Uвых — максимальное выходное напряжение.
Ну да не будем больше тянуть кота за хвост — приступим к главной задаче этого опуса — куда, собственно, эти клевые штуки можно воткнуть и что из этого можно получить.

Первая схема включения ОУ — инвертирующий усилитель.

Наиболее популярная и часто встречающаяся схема усилителя на ОУ. Входной сигнал подается на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход подключается к общему проводу.
Коэффициент усиления определяется соотношением резисторов R1 и R2 и считается по формуле:

Почему «минус»? Потому что, как мы помним, в инвертирующем усилителе фаза выходного сигнала «зеркальна» фазе входного.
Входное сопротивление определяется резистором R1. Ежели его сопротивление, например 100кОм, то и входное сопротивление усилителя будет 100кОм.

Следующая схема — инвертирующий усилитель с повышенным входным сопротивлением.
Предыдущая схема всем хороша, за исключением одного нюанса — соотношение входного сопротивления и коэффициента усиления может не подойти для реализации какого-либо специфического проекта. Ведь что получается — допустим, нам нужен усилитель с К=100. Тогда, исходя из того, что значения резисторов должны быть в разумных пределах берем R2=1Мом, а R1=10кОм. То есть, входное сопротивление усилителя будет равным 10 кОм, что в некоторых случаях недостаточно.
В этих самых случая можно применить следующую схему:

В данном случае, коэффициент усиления считается по следующей формуле:

То есть, при том же коэффициенте усиление сопротивление R1 можно увеличить, а значит и повысить входное сопротивление усилителя.

Едем дальше — неинвертирующий усилитель.
Выглядит он следующим образом:

Коэффициент усиления определяется так:

В данном случае, как видите, никаких минусов нет — фаза сигнала на входе и на выходе совпадает.
Основное отличие от инвертирующего усилителя заключается в повышенном входном сопротивлении, которое может достигать 10Мом и выше.
Если при реализации данной схемы в практических конструкциях, необходимо предусмотреть развязку с предыдущими каскадами по постоянному току — установить разделительный конденсатор, то нужно между входом ОУ и общим проводом включить резистор сопротивлением около 100кОм, как показано на рисунке.

Если этого не сделать, то ОУ перевозбудится и ничего дельного вы от него не получите. Ну кроме половины питания на выходе.

Усилитель с изменяемым коэффициентом усиления.

Примем R1=R2=R3=R. И введем некую переменную А, которая может принимать значения от 1 до 0 в зависимости от поворота движка переменного резистора R3.
Тогда коэффициент усиления можно определить так:
K=2A-1
Входное сопротивление практически не зависит от положения движка переменного резистора.
Так, с усилителями разобрались — дальше у нас по плану — фильтры.

Источник: www.radiokot.ru

Способы увеличения коэффициента усиления в двухкаскадных операционных усилителях

Автор: Казарян Артур Араикович

Рубрика: 7. Технические науки

Опубликовано в

XIX международная научная конференция «Исследования молодых ученых» (Казань, апрель 2021)

Дата публикации: 02. 04.2021

Статья просмотрена: 263 раза

Скачать электронную версию

Библиографическое описание:

Казарян, А. А. Способы увеличения коэффициента усиления в двухкаскадных операционных усилителях / А. А. Казарян. — Текст : непосредственный // Исследования молодых ученых : материалы XIX Междунар. науч. конф. (г. Казань, апрель 2021 г.). — Казань : Молодой ученый, 2021. — С. 7-9. — URL: https://moluch.ru/conf/stud/archive/392/16466/ (дата обращения: 23.02.2023).

В аналоговых интегральных схемах операционные усилители считаются структурной единицей. Компараторы, инвертируюшие усилители и другие аналоговые схемы могут быть построены на базе операционных усилителей. На вышеупомянутые блоки большое влияние оказывает коэффициент усиления операционного усилителя. В работе рассматриваются методы увеличения коэффициента усиления двухкаскадного операционного усилителя.

Ключевые слова:

операционный усилитель, усиления, ток, КМОП.

Операционные усилители считаются одной из основных структурных единиц аналоговых схем. Идеальным операционный уселитель имеет параметры показанные в таблице 1․

Таблица 1

Параметры операционного усилителя

Коэффициент усиления определяется отношением изменения входного напряжения к вызвавшему его изменению напряжения между дифференциальными входами усилителя при разомкнутой цепи обратной связи.

В зависимости от способа подачи входного сигнала различают дифференциальное входное сопротивление (сопротивление для входного сигнала, разность потенциалов которого приложена между дифференциальными входами) и входное сопротивление для синфазных сигналов (сопротивление для синфазных сигналов обычно очень велико).

Выходное сопротивление — это сопротивление, измеренное со стороны подключения нагрузки [1].

Некоторые схемы, построенные на базе операционного усилителя, показаны на рисунке 1.

Рис. 1․ Схемы на базе операционного усилителя

Принципиальная схема классического операционного усилителя представлена на рисунке 2.

Рис. 2․ Строение операционного усилителя

Первый каскад — это дифференциальный усилительный каскад, который является усилителем дифференциального сигнала, второй каскад — это выходной усилитель. Коэффициент усиления схемы определяется уравнением (1):

(1)

В идеале, входной дифференциальный усилительный каскад в основном отвечает за усиления, выходной усилитель во втором каскаде в основном используется для согласования сопротивлений.

Классическая схема двухкаскаднoго операционного усилителя в КМОП технологии представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Структура двухкаскаднoго операционного усилителя

В дифференциальном усилителе транзисторы Q1 и Q2 являются усилительными, а Q3 и Q4 играют роль активной токовой нагрузки. Транзистор Q5 является источником тока ․

Во втором каскаде мы имеем транзистор Q7, который включен по схеме с общим истоком

(2)

Подставляя формулу в , получаем

что для увеличения общего усиления необходимо увеличить усиление первого или второго каскада соответственно. Для усиления первого каскада необходимо увеличить W транзистора Q1 или уменьшить L, что может привести к значительному эффекту вторичного эффекта — модуляции. Для усиления второго каскада необходимо увеличить W транзистора M7 или уменьшить L, что может привести к значительному эффекту вторичного эффекта — модуляции. Поскольку L зависит от технологического процесса, то в основном мы можем увеличить или уменьшить коэффициент усиления с операционного усилителя c изменением W. Можно увеличить усиления с помощью Q6 транзистора, но это может приводить к уменьшению выходного рабочего диапазона․Второй способ для увеличения коэффициента усиления усилителя является повышения тока, поскольку

Транзисторы Q8 и Q5 являются токовым зеркалом и по этой причине мы можем изминит ток.

Заключение

В статье была рассмотрена основная конструкция двухкаскаднoго операционного усилителя․ В настоящее время операционный усилитель с большим коэффициентом усиленияшироко востребован как отдельно, так и в составе микросхем․ В статье рассмотрены основные методы увеличения коэффициента усиления схем, а также базовые схемы, сконструированные с помощью операционных усилителей․

Литература:

Behzad, Razavi Fundamentals of Microelectronics / Razavi Behzad. — 2. —:,. — 932 c. — Текст: непосредственный.

Операционный усилитель. — Текст: электронный // Wikipedia: [сайт]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %9E %D0 %BF %D0 %B5 %D1 %80 %D0 %B0 %D1 %86 %D0 %B8 %D0 %BE %D0 %BD %D0 %BD %D1 %8B %D0 %B9_ %D1 %83 %D1 %81 %D0 %B8 %D0 %BB %D0 %B8 %D1 %82 %D0 %B5 %D0 %BB %D1 %8C (дата обращения: 31.03.2021).
Внутренняя структура операционных усилителей. — Текст: электронный //: [сайт]. — URL: http://www. gaw.ru/html.cgi/txt/doc/op/op_4.htm (дата обращения: 31.03.2021).

ток, КМОП, операционный усилитель, усиления

Как издать спецвыпуск?
Правила оформления статей
Оплата и скидки

Входное сопротивление операционного усилителя

» Electronics Notes

Входной импеданс операционного усилителя важен, поскольку он определяет нагрузку на предыдущий каскад.

Учебное пособие по операционному усилителю Включает:
Введение Усиление операционного усилителя Пропускная способность Скорость нарастания операционного усилителя Смещение нуля Входное сопротивление Выходное сопротивление Операционный усилитель с обратной связью по току Понимание спецификаций Как выбрать операционный усилитель Краткое описание схем операционных усилителей

Входное сопротивление схемы операционного усилителя важно по целому ряду причин. Он определяет нагрузку на предыдущий каскад, а также импеданс вместе с самыми низкими требуемыми частотами определяет значение любого необходимого разделительного конденсатора.

Ввиду этого. Необходимо понимать входное сопротивление схемы операционного усилителя, чтобы можно было принять необходимые решения по проектированию электронной схемы.

Общий входной импеданс — это не только входное сопротивление постоянному току, он также усложняется уровнем емкости, и это может иметь заметное влияние на общий импеданс. Это означает, что эффективная цепь содержит не только резисторы, но и конденсаторы.

Основные сведения о входном сопротивлении операционного усилителя

Говоря о входном сопротивлении операционного усилителя, необходимо указать, является ли это самой базовой микросхемой или схемой:

Входное сопротивление микросхемы операционного усилителя: Входное сопротивление базовой интегральной схемы — это просто входное сопротивление основной схемы внутри микросхемы. Некоторый ток требуется для управления базовыми переходами входных транзисторов, и это одна из причин, по которой входное сопротивление не бесконечно.
В дополнение к этому существует емкость, возникающая из-за уровней емкости перехода, а также емкость между выводами. Эту емкость можно представить как отдельные конденсаторы в эквивалентной схеме.
Входной импеданс схемы операционного усилителя: Размещение схемы вокруг операционного усилителя значительно изменяет его входное сопротивление. На импеданс влияют как внешние электронные компоненты, так и способ применения обратной связи.
Это означает, что в зависимости от способа применения обратной связи и используемых компонентов общий входной импеданс схемы может варьироваться от низких значений до очень высоких значений.
Как и в любой схеме, здесь также присутствует некоторая емкость. Влияние любой индуктивности в цепи минимально ввиду частот, обычно используемых с операционными усилителями, и этим можно пренебречь.

Уровень входного импеданса для базовой микросхемы можно получить из спецификаций операционного усилителя, где указан входной импеданс, часто в МОм. Там, где требуются очень высокие уровни входного импеданса, можно использовать входные операционные усилители на полевых транзисторах.

При рассмотрении входного сопротивления входных операционных усилителей на полевых транзисторах входное сопротивление самого операционного усилителя может составлять несколько тераОм. Это означает, что любой эффект нагрузки, вызванный только сопротивлением, чрезвычайно высок, хотя емкостные эффекты могут значительно снизить общий импеданс. .

При просмотре спецификаций интегральных схем иногда можно увидеть, что входное сопротивление операционного усилителя указано для дифференциальных и синфазных входных сигналов. Обычно операционные усилители с обратной связью по току обычно указывают импеданс относительно земли на каждом входе.

Элементы входного сопротивления для ОУ

Из этого видно, что есть три резистора, дающих входное сопротивление микросхемы. Хотя в большинстве случаев будет видно сопротивление операционного усилителя, на более высоких частотах оно может стать немного реактивным и более правильно называться импедансом. Обычно входное сопротивление составляет от 100 кОм до 100 МОм и более. Емкость шунта может составлять всего несколько пикофарад, часто около 20 пФ или около того

Хотя базовое сопротивление может быть очень высоким, даже небольшие уровни емкости могут снизить общий импеданс, особенно при повышении частоты. Импеданс конденсатора 20 пФ составляет всего 80 кОм при 100 кГц или 800 кОм при 10 кГц.

Это может означать, что общий импеданс определяется емкостным эффектом при повышении частоты.

Влияние обратной связи на входное сопротивление

Конфигурация схемы и уровень обратной связи также оказывают большое влияние на входное сопротивление всей схемы операционного усилителя. Дело не только в импедансе самой микросхемы усилителя — существенное влияние оказывают окружающие ее электронные компоненты.

Обратная связь имеет различные эффекты, снижая или увеличивая полное сопротивление или полное сопротивление цепи в зависимости от способа ее применения.

Двумя основными примерами обратной связи, изменяющей входной импеданс или входное сопротивление схемы операционного усилителя, являются инвертирующая и неинвертирующая схемы операционного усилителя.

Входной импеданс цепи инвертирующего операционного усилителя

Инвертирующий усилитель, использующий микросхемы операционных усилителей, очень прост в использовании. Эта электронная схема, требующая очень небольшого количества электронных компонентов — фактически это всего два резистора, представляет собой простую в изготовлении схему усилителя.

Базовая схема инвертирующего операционного усилителя

Базовая схема инвертирующего усилителя показана выше. Чтобы схема работала корректно, разница между инвертирующим и неинвертирующим входами должна быть очень малой — коэффициент усиления микросхемы очень высок, и поэтому при малом выходном напряжении разница между двумя входами невелика. Это означает, что инвертирующий вход должен иметь практически тот же потенциал, что и неинвертирующий, то есть заземление.

В результате входное сопротивление этой схемы ОУ равно резистору R1. Обычно это относительно мало и может быть порядка 1 кОм или около того, в зависимости от выбранных фактических значений электронных компонентов. Однако эта схема имеет преимущество точки виртуальной земли на инвертирующем входе самой ИС операционного усилителя, что позволяет использовать ее в качестве смесителя виртуальной земли.

Входное сопротивление схемы неинвертирующего операционного усилителя

Неинвертирующий усилитель обеспечивает очень высокий уровень входного сопротивления.

Как и в инвертирующем усилителе, в этом также используется очень мало электронных компонентов. Опять же, в базовой форме схемы используются всего два резистора. Сигнал подается на неинвертирующий вход, а обратная связь имеет резистор от выхода к инвертирующему входу и еще один резистор от инвертирующего входа к земле.

Базовая схема неинвертирующего операционного усилителя

. Установлено, что входной импеданс для этой схемы операционного усилителя равен, по крайней мере, импедансу между неинвертирующим и инвертирующим входами, который обычно составляет от 1 МОм до 10 ТОм, плюс импеданс пути от инвертирующий вход на землю, т.е. R1 параллельно с резистором R2. именно эта схема используется, когда требуется очень высокий уровень входного сопротивления.

Входной импеданс операционного усилителя является ключевым вопросом для проектирования любой общей электронной схемы с использованием операционных усилителей. Входное сопротивление должно быть достаточно высоким, чтобы не ухудшить характеристики предыдущих каскадов.

Соответственно, существует баланс между преимуществами инвертирующего усилителя с его возможностью смешивания с виртуальной землей и простотой, но низким входным сопротивлением и гораздо большим входным сопротивлением неинвертирующего усилителя.

Часто выбор зависит от личных предпочтений, но в любом случае необходимо учитывать входное сопротивление, будь то высокое или низкое.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
Вернитесь в меню проектирования схем . . .

операционный усилитель — Что такое входное и выходное сопротивление операционного усилителя?

Короткий ответ: входное сопротивление «высокое» (в идеале бесконечное). Выходное сопротивление «низкое» (в идеале равно нулю). Но что это значит и почему это полезно?

Полное сопротивление — это соотношение между напряжением и током. Это комбинация сопротивления (зависит от частоты, резисторы) и реактивного сопротивления (зависит от частоты, катушки индуктивности и конденсаторы). Чтобы упростить обсуждение, давайте просто предположим, что все наши импедансы являются чисто резистивными, поэтому импеданс = сопротивлению.

Вы уже знаете, что сопротивление связывает напряжение и ток по закону Ома:

$$ E = IR $$

или, может быть,

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

То есть один Ом означает, что на каждый вольт вы получаете один ампер. Мы знаем, что если у нас есть резистор \$100\Омега\$, и у нас есть ток \$1А\$, то напряжение должно быть \$100В\$.

Понятия «входной» и «выходной» импеданс почти одинаковы, за исключением того, что нас интересует только относительное изменить по напряжению и току. То есть:

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

Если мы говорим о входном сопротивлении операционного усилителя, мы говорим о том, насколько больше ток будет течь, когда напряжение увеличивается (или насколько меньше будет течь ток при уменьшении напряжения). Итак, скажем, вход операционного усилителя был \$1V\$, и вы измерили ток, требуемый от источника сигнала, чтобы создать это напряжение, равное \$1\mu A\$. Затем вы изменили источник так, что на операционном усилителе появилось \$3V\$, а ток стал теперь \$2\mu A\$. Затем вы можете рассчитать входное сопротивление операционного усилителя как:

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

Как правило, желателен очень высокий входной импеданс операционных усилителей, поскольку это означает очень Для создания напряжения требуется небольшой ток от источника. То есть операционный усилитель не сильно отличается от разомкнутой цепи, где для создания напряжения не требуется ток, потому что импеданс разомкнутой цепи бесконечен.

Выходное сопротивление — то же самое, но сейчас мы говорим о том, насколько изменяется кажущееся напряжение источника, поскольку требуется для подачи большего тока. Вы, наверное, замечали, что аккумулятор под нагрузкой имеет более низкое напряжение, чем тот же аккумулятор без нагрузки. Это импеданс источника в действии.

Допустим, вы настроили операционный усилитель на выходное напряжение 5 В и измеряете напряжение при разомкнутой цепи ¹ . Ток будет \$0A\$ (потому что цепь разомкнута), а измеряемое напряжение будет 5В. Теперь вы подключаете резистор к выходу так, чтобы ток на выходе операционного усилителя составлял \$50 мА\$. Вы измеряете напряжение на этом резисторе и находите его равным \$4,99В\$. Затем вы можете рассчитать выходное сопротивление операционного усилителя как:

$$ — \frac{5V — 4,99V}{0mA — 50mA} = 0,2\Omega $$

Обратите внимание, что я изменил знак результата. Позже станет понятно, почему. Этот низкий импеданс источника означает, что операционный усилитель может подавать (или потреблять) большой ток без значительных изменений напряжения.

Здесь следует сделать несколько замечаний. Входной импеданс операционного усилителя выглядит как импеданс нагрузки для того, что доказывает сигнал для операционного усилителя. Выходной импеданс операционного усилителя выглядит как импеданс источника для того, что получает сигнал от операционного усилителя.

Источник, управляющий нагрузкой с относительно низким импедансом нагрузки, называется сильно нагруженным , и для сигнала напряжения требуется большой ток. В той мере, в какой импеданс источника низкий, источник сможет подавать этот ток без просадки напряжения.

Если вы хотите свести к минимуму провалы напряжения, импеданс источника должен быть намного меньше импеданса нагрузки. Это называется импедансным мостом. Это обычное дело, потому что мы обычно представляем сигналы как напряжения, и мы хотим передавать эти напряжения без изменений от одного каскада к другому. Высокий импеданс нагрузки также означает, что не будет большого тока, что также означает меньшую мощность.

Идеальный операционный усилитель имеет бесконечный входной импеданс и нулевой выходной импеданс, потому что можно легко уменьшить входной импеданс (подключив резистор параллельно) или повысить импеданс источника (подключив резистор последовательно). Не так-то просто пойти другим путем; вам нужно что-то, что может усилить. Операционный усилитель в качестве повторителя напряжения — это один из способов преобразования источника с высоким импедансом в источник с низким импедансом.

Наконец, теорема Тевенина утверждает, что мы можем преобразовать почти любую линейную электрическую сеть в источник напряжения и резистор:

Фактически, «импеданс источника» можно определить как эквивалентное сопротивление Тевенена, здесь \$R_{th}\$. Он работает и для нагрузок. Но если вы уже не знаете теорему Тевенина, говорить об этом бесполезно. Однако, понимая, что такое импедансы источника и нагрузки, теорема Тевенина означает, что вы можете рассчитать импеданс для линейных сетей независимо от их сложности.