Op-Amp

Idealer Operationsverstärker

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Bibliotheken:
Simscape / Foundation Library / Electrical / Electrical Elements

Beschreibung

Der Block Op-Amp modelliert einen idealen Operationsverstärker. Die Abbildung zeigt das Implementierungsschema.

Implementation schematic of the Op-Amp block

Die Blockimplementierung basiert auf den folgenden Annahmen:

Es wird davon ausgegangen, dass die ideale Verstärkung A des Operationsverstärkers unendlich ist.
Dann muss für eine endliche Ausgangsgröße Folgendes gelten: V1 = 0
Ein idealer Operationsverstärker bedeutet zudem, dass der Strom von p nach n gleich null ist (i1 = 0).

Aufgrund dieser Annahmen ergeben sich die folgenden Gleichungen für den Block:

equations
    v1 == p.v - n.v;
    v1 == 0;
    i1 == 0;
end

Für weitere Informationen klicken Sie bitte auf den Link Source code auf der Registerkarte Description des Dialogfelds des Blocks.

Der Block verfügt über keine Parameter. Sie können die Variable Current into output node jedoch vor der Simulation initialisieren. Weitere Informationen finden Sie unter Block-Level Variable Initialization.

Variablen

Die Priorität und die anfänglichen Zielwerte der Blockvariablen können Sie im Abschnitt Initial Targets im Dialogfeld des Blocks oder in Property Inspector vor der Simulation festlegen. Weitere Informationen finden Sie unter Set Priority and Initial Target for Block Variables.

Nominalwerte bieten eine Möglichkeit, die erwartete Größe einer Variablen in einem Modell anzugeben. Die Verwendung einer auf Nominalwerten basierenden Systemskalierung erhöht die Robustheit der Simulation. Nominalwerte können aus verschiedenen Quellen stammen. Eine davon ist der Abschnitt Nominal Values im Dialogfeld des Blocks oder in Property Inspector. Weitere Informationen finden Sie unter Modify Nominal Values for a Block Variable.

Beispiele

Band-Limited Op-Amp

How higher fidelity or more detailed component models can be built from the Foundation library blocks. The model implements a band-limited op-amp. It includes a first-order dynamic from inputs to outputs, and gives much faster simulation than if using a device-level equivalent circuit, which would normally include multiple transistors. This model also includes the effects of input and output impedance (Rin and Rout in the circuit), but does not include nonlinear effects such as slew-rate limiting.

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Finite-Gain Op-Amp

How higher fidelity or more detailed component models can be built from the Foundation library blocks. The Op-Amp block in the Foundation library models the ideal case whereby the gain is infinite, input impedance infinite, and output impedance zero. The Finite Gain Op-Amp block in this example has an open-loop gain of 1e5, input resistance of 100K ohms and output resistance of 10 ohms. As a result, the gain for this amplifier circuit is slightly lower than the gain that can be analytically calculated if the op-amp gain is assumed to be infinite.

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Operationsverstärkerschaltung – Differenzierer

Dieses Modell zeigt einen Differenzierer, wie er beispielsweise als Teil eines PID-Reglers verwendet werden könnte. Es veranschaulicht auch, wie bei einigen idealisierten Schaltungen Probleme bei der numerischen Simulation auftreten können. Der parasitäre Serienwiderstand des Kondensators im Modell ist auf den Standardwert von 1e-6 Ohm eingestellt. Wenn Sie den Wert auf null setzen, wird eine Warnung ausgegeben und die Simulation läuft sehr langsam. Weitere Informationen finden Sie im Benutzerhandbuch.

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Operationsverstärkerschaltung – Invertierender Verstärker

Dieses Beispiel zeigt ein Modell einer invertierenden Standard-Operationsverstärkerschaltung. Die Verstärkung ist durch -R2/R1 gegeben. Die Spitze-Spitze-Eingangsspannung wird von 0,1 V auf 1 V Spitze-Spitze verstärkt, wenn gilt: R1=1.000 Ohm und R2=10.000 Ohm. Der Block „Op-Amp“ implementiert ein ideales (d. h. unendlich verstärktes) Gerät. Daher wird diese Verstärkung unabhängig von der Ausgangslast erreicht.

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Operationsverstärkerschaltung – Nicht invertierender Verstärker

Dieses Modell zeigt eine nicht invertierende Operationsverstärkerschaltung. Die Verstärkung wird durch 1+R2/R1 angegeben, und wenn die Werte R1=1.000 Ohm und R2=10.000 Ohm festgelegt sind, wird die Spitze-Spitze-Eingangsspannung von 0,1 V auf 1,1 V Spitze-Spitze verstärkt. Da der Block „Op-Amp“ ein ideales (d. h. unendlich verstärktes) Gerät implementiert, wird diese Verstärkung unabhängig von der Ausgangslast erreicht.

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Ports

Erhaltung

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+ — Positive Klemme
elektrisch

Anschluss für die elektrische Erhaltung, der der positiven Klemme des Operationsverstärkers zugeordnet ist.

- — Negative Klemme
elektrisch

Anschluss für die elektrische Erhaltung, der der negativen Klemme des Operationsverstärkers zugeordnet ist.

out — Ausgangsklemme
elektrisch

Anschluss für die elektrische Erhaltung, der dem Ausgangsknoten des Operationsverstärkers zugeordnet ist.

Der Name des Anschlusses ist im Blocksymbol nicht sichtbar, doch Sie können ihn in der zugrunde liegenden Quelldatei sehen, indem Sie im Dialogfenster des Blocks auf der Registerkarte Description auf den Link Source code klicken.

Op-Amp