Операционный усилитель с инвертором и буфером. Почему?

В схеме, которую я пытался понять, я наткнулся на эту подсхему:

Это инвертор операционного усилителя, за которым непосредственно следует буфер. VIN поступает из ЦАП в микроконтроллере, и эта схема выдает VOUT, который является отрицательным VIN. Операционный усилитель поставляется с положительными и отрицательными шинами (здесь не показаны). Все идет нормально.

Но я не до конца вижу смысл использования OA2 в этой схеме. Единственная причина, которую я вижу, заключается в следующем: без буфера (OA2) внезапная нагрузка на VOUT будет потреблять ток от VIN, пока не сработает обратная связь OA1 операционного усилителя (около 1 мкс). С буфером (OA2) это уже не так. Я правильно понял? Или я что-то упустил?

Вы правы. В большинстве случаев это глупо, добавляет напряжение смещения и использует другую часть. Скорее всего, это просто чья-то реакция на коленный рефлекс или слепое следование правилу «всегда буферизировать сигнал», не слишком задумываясь об этом. Не все схемы являются результатом хорошего дизайна.

У второго операционного усилителя только с буфером есть некоторые тонкие преимущества:

1. Ток обратной связи через R2 потребляет общий выходной ток OA1. OA2 имеет все свои текущие возможности, доступные для управления выходом.

   В этом случае при R2, равном 10 кОм, это слабый аргумент, поскольку ток обратной связи настолько мал по сравнению с возможностями большинства операционных усилителей. Иногда такая схема возникает из-за того, что R2 раньше был намного ниже, а второй операционный усилитель не был удален после изменения дизайна, вызвавшего R2.

2. OA2 защищает входной сигнал от злоупотребления выходным сигналом. Вин видит постоянный импеданс R1 только до тех пор, пока OA1 работает в режиме замкнутого контура. Если что-то загружает Vout так, что OA1 не может подвести его к требуемому напряжению, то отрицательный вход OA1 больше не равен 0 В, и эквивалент Thevenin, который управляет Vin, меняется.

   В этой схеме, выход OA2 можно злоупотреблять , не влияя на выход OA1, который , в свою очередь , не будет влиять на Vin, возможно . Причина, по которой я говорю «возможно», заключается в том, что некоторые операционные усилители имеют диоды между входами. Я не посмотрел ваш операционный усилитель, поэтому я не знаю, так ли это здесь. Если это так, то злоупотребление Vout вернется к положительному вкладу OA2, который вернется к Vin.

   Это опять-таки слабый аргумент, поскольку загрузка выхода операционного усилителя до точки, когда он не может подняться до желаемого напряжения, обычно приводит к выходу операционного усилителя из спекуляции.

Это не сильно влияет на производительность, за исключением того, что делает его несколько медленнее, потому что в передаточной функции есть два полюса.

Скорее всего, дизайнеру понадобился только один операционный усилитель в двойном и он решил сделать что-то мягкое с оставшимся усилителем, чтобы избежать проблем. Это обычная ситуация с двойными усилителями LM324 и LM358.

Не существует общего недорогого эквивалента LM358, который имеет один усилитель - любые другие части, как правило, более дорогие и / или могут быть ограничены каким-либо образом (например, имеют более низкое максимальное напряжение питания), так что если LM358 достаточно хорош, то вы может также использовать это и тратить второй усилитель.

«Буфер» просто для того, чтобы, как следует из названия, «буферизовать» вывод.

Поскольку OA1 является частью сети обратной связи, часть его выходных данных уже используется (потеря через R2 и R1). Это означает, что OA1 имеет меньшую емкость накопителя. Поэтому, если вы подключите OA1 к какой-либо другой части цепи, могут произойти непреднамеренные вещи. OA2 просто «следует» или «буферизирует» выходные данные OA1, и он имеет нулевую нагрузку на выходе, поэтому обладает полной возможностью привода. Эта «буферизация» обычно просматривается и используется и делает работу схемы более надежной и надежной.

Кроме того, буферы имеют значение с точки зрения задержки. Как в цифровых, так и в аналоговых схемах высокоскоростные сигналы могут быть значительно задержаны элементами схемы. Иногда используются несколько буферов - казалось бы, без цели - кроме как для введения задержки. Обычно это делается для того, чтобы два сигнала «встретились снова» во временной области.

Когда питание включено, предполагается, что разница будет небольшой, как отмечали другие авторы.

Однако, когда питание отключено, во втором варианте менее вероятно, что выходной поток снова попадет во вход и, вероятно, сделает нагрузку на входе независимой от выходных соединений. Для некоторых приложений (аудио?) Это может быть желательным свойством. Действительно ли это так, зависит от внутренней схемы рассматриваемого операционного усилителя. Поскольку указан конкретный тип, это действительно могло быть частью дизайна.

На схеме, которую вы нарисовали, как ответили другие, такая разметка не так полезна.

Однако, если есть две разные операционные усилители модели и значения резисторов разные, то могут быть веские причины для использования такой схемы. Я создал аналогичную схему, которая должна была усилить относительно высокочастотный сигнал, а затем подвести выход к нагрузке 50 Ом. Эти две функции требуют операционных усилителей с различными характеристиками. Для первого операционного усилителя он должен иметь более высокую полосу пропускания, чтобы позволить ему усиливать высокие частоты без потери усиления на высоких частотах. Для второго операционного усилителя он должен был иметь более высокий номинальный выходной ток, чтобы иметь возможность управлять нагрузкой 50 Ом при максимальном выходном напряжении, но ему не требовалась такая высокая полоса пропускания, поскольку он имел только коэффициент усиления 1.