Műveleti erősítő invertálása

Az Op-Amp (Operatív erősítő) az analóg elektronika gerince. A működési erősítő egy DC-vel kapcsolt elektronikus alkatrész, amely az ellenállás visszacsatolásával erősíti a feszültséget egy differenciál bemenetből. Az Op-Amps népszerű a sokoldalúsága miatt, mivel sokféleképpen konfigurálható és különböző szempontokból használható. Az op-amp áramkör néhány változóból áll, mint például a sávszélesség, a bemenet és a kimenet impedanciája, az erősítés margója stb. Az op-erősítők különböző osztályainak eltérő specifikációi vannak a változóktól függően. Rengeteg op-erősítő érhető el különböző integrált áramkörű (IC) csomagokban, egyes op-amperek két vagy több op-ampert tartalmaznak egyetlen csomagban. Az LM358, LM741, LM386 néhány általánosan használt Op-amp IC. Az Op-erősítőkről többet tudhat meg, ha követi az Op-amp áramkörök részt.

Az op-amp-nak két differenciális bemeneti tüskéje és egy kimeneti csapja van a tápcsapokkal együtt. Ez a két differenciális bemeneti tüske invertáló csap vagy negatív és nem invertáló csap vagy pozitív. Az op-amp erősíti a két bemeneti érintkező közötti feszültségkülönbséget, és biztosítja az erősített kimenetet a Vout vagy a kimeneti tűn keresztül.

A bemeneti típustól függően az op-amp besorolható invertáló erősítővé vagy nem invertáló erősítővé. Az előző nem invertáló op-amp oktatóanyagban láthattuk, hogyan kell használni az erősítőt nem invertáló konfigurációban. Ebben az oktatóanyagban megtanuljuk az op-amp használatát a konfiguráció invertálásához.

A műveleti erősítő konfigurációjának megfordítása

Invertáló erősítőnek hívják, mert az op-amp a kimeneti jel fázisszögét pontosan 180 fokkal változtatja meg a fázistól a bemeneti jelhez képest. Ugyanúgy, mint korábban, két külső ellenállást használunk visszacsatoló áramkör létrehozására és zárt hurkú áramkör létrehozására az erősítőn.

A nem invertáló konfigurációban pozitív visszajelzést adtunk az erősítőn, de az invertáló konfigurációhoz negatív visszacsatolást adunk az op-amp áramkörön keresztül.

Lássuk az op-amp konfiguráció invertálásának kapcsolási rajzát

A fenti invertáló op-amp-ban láthatjuk, hogy R1 és R2 biztosítja a szükséges visszacsatolást az op-amp áramkörön. Az R2 ellenállás a jelbemeneti ellenállás, az R1 ellenállás pedig a visszacsatolásos ellenállás. Ez a visszacsatoló áramkör szinte nullára kényszeríti a differenciális bemeneti feszültséget.

A visszacsatolás az op-amp negatív kapcsain, a pozitív kapcsa pedig a földön keresztül csatlakozik. Az invertáló bemenet feszültségpotenciálja megegyezik a nem invertáló bemenet feszültségpotenciáljával. Tehát a nem invertáló bemeneten keresztül létrejön egy virtuális föld összegző pont, amely ugyanabban a potenciálban van, mint a föld vagy a Föld. Az op-erősítő differenciálerősítőként fog működni.

Tehát inverz op-amp esetén nincs áram a bemeneti terminálba, a bemeneti feszültség is megegyezik a két ellenállás visszacsatolási feszültségével, mivel mindkettő közös virtuális földi forrás. A virtuális föld miatt az op-amp bemeneti ellenállása megegyezik az op-amp bemeneti ellenállásával, amely R2. Ennek az R2-nek kapcsolata van a zárt hurkú erősítéssel, és az erősítést a visszacsatolásként használt külső ellenállások arányával lehet beállítani.

Mivel a bemeneti terminálban nincs áramáram, és a differenciális bemeneti feszültség nulla, kiszámíthatjuk az op erősítő zárt hurkú erősítését. Tudjon meg többet az Op-amp szűkületéről és működéséről a link követésével.

Az Op-amp invertálásának nyeresége

A fenti képen két R2 és R1 ellenállás látható, amelyek a feszültségosztó visszacsatoló ellenállások, amelyeket az invertáló op-amp mellett használnak. R1 a visszacsatolási ellenállás (Rf) és R2 a bemeneti ellenállás (Rin). Ha kiszámoljuk az ellenálláson átáramló áramot, akkor-

i = (Vin - Vout) / (Rin (R2) - Rf (R1))

Mivel a Dout az osztó középpontja, így következtethetünk

Ahogy azt korábban leírtuk, a virtuális föld vagy ugyanaz a csomópont összegző pontja miatt a visszacsatolási feszültség 0, Dout = 0. Tehát,

Tehát a zárt hurkú erősítés invertáló erősítő képlete az lesz

Nyereség (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

Tehát ebből a képletből a négy változó bármelyikét megkapjuk, amikor a másik három változó rendelkezésre áll. Az Op-amp Gain kalkulátor segítségével kiszámolható az invertáló op-amp erősítése.

Mivel a képletben negatív előjelet láthatunk, a kimenet 180 fokkal lesz fázison kívül, szemben a bemeneti jel fázisával.

Gyakorlati példa az inverter erősítőre

A fenti képen egy op-amp konfiguráció látható, ahol két visszacsatolási ellenállás biztosítja a szükséges visszacsatolást az op-amp-ban. Az R2 ellenállás, amely a bemeneti ellenállás, és az R1 a visszacsatolásos ellenállás. Az R2 bemeneti ellenállás, amelynek ellenállási értéke 1K ohm, és az R1 visszacsatoló ellenállás ellenállási értéke 10k ohm. Kiszámoljuk az op-amp invertáló erősítését. A visszacsatolás a negatív kivezetésben történik, és a pozitív kivezetés a földhöz csatlakozik.

Az op-amp áramkör erősítésének invertálására szolgáló képlet-

Nyereség (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

A fenti áramkörben Rf = R1 = 10k és Rin = R2 = 1k

Tehát, Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

Tehát az erősítés -10-szeres lesz, a kimenet pedig fázison kívüli 180 fokos lesz.

Most, ha az op-amp erősítését -20-szorosra növeljük, mekkora lesz a visszacsatolási ellenállás értéke, ha a bemeneti ellenállás megegyezik? Így, Nyereség = -20 és Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Tehát, ha a 10k értéket 20k-ra növeljük, az op-amp erősítése -20-szoros lesz.

Növelhetjük az op-amp erősítését az ellenállások arányának megváltoztatásával, azonban nem ajánlatos alacsonyabb ellenállást használni Rin vagy R2-ként. Mivel az ellenállás alacsonyabb értéke csökkenti a bemeneti impedanciát és terhelést jelent a bemeneti jelre. A tipikus esetek értéket 4.7K 10k használják a bemeneti ellenállás.

Ha nagy erősítésre van szükség és nagy impedanciát kell biztosítanunk a bemenetben, növelnünk kell a visszacsatoló ellenállások értékét. De az Rf-ben sem tanácsos nagyon nagy értékű ellenállást használni. A nagyobb visszacsatolási ellenállás instabil erősítési margót biztosít, és nem lehet életképes választás a korlátozott sávszélességgel kapcsolatos műveletekhez. Jellemző értéke 100k vagy valamivel több, mint amit a visszacsatolási ellenállás használ.

Ellenőriznünk kell az op-amp áramkör sávszélességét a megbízható működés érdekében, nagy nyereség mellett.

Összefoglaló erősítő vagy Op erősítő összeadó áramkör

Egy invertáló op-amp használható különböző helyeken, például Op amp Summing Erősítőként. Az inverz op-amp egyik fontos alkalmazása az összegző erősítő vagy virtuális földkeverő.

A fenti képen egy virtuális földkeverő vagy összegző erősítő látható, ahol egy invertált op-erősítő több különböző jelet kever az invertáló terminálon. Az inverteres erősítők bemenete gyakorlatilag a földpotenciálon van, ami kiváló keverővel kapcsolatos alkalmazást kínál az audio keveréssel kapcsolatos munkákhoz.

Mint láthatjuk, a negatív terminálon különböző bemeneti ellenállások segítségével különböző jeleket adunk össze. Nincs korlátozás a különféle bemenetek hozzáadására. Az egyes különböző jelportok erősítését az R2 visszacsatolási ellenállás és az adott csatorna bemeneti ellenállásának aránya határozza meg.

Tudjon meg többet az op-amp alkalmazásairól a különböző op-amp alapú áramkörök követésével. Ezt az inverz op-amp konfigurációt különféle szűrőkben is használják, például aktív aluláteresztő vagy aktív felüláteresztő szűrőben.

Transz-impedancia erősítő áramkör

Az Op erősítő invertáló erősítő másik felhasználása az erősítő használata transz-impedancia erősítőként.

Ilyen áramkörben az op-amp nagyon alacsony bemeneti áramot alakít át a megfelelő kimeneti feszültségre. Tehát egy transz-impedancia erősítő az áramot feszültséggé alakítja.

Meg tudja alakítani a fotodióda, gyorsulásmérők vagy más érzékelők áramát, amelyek alacsony áramot produkálnak, és a transz-impedancia erősítő segítségével az áram feszültséggé alakítható.

A fenti képen egy fordított op-erősítőt használtunk, amely transz-impedancia erősítőt készített, amely a fotodiódából származó áramot feszültséggé alakítja. Az erősítő alacsony impedanciát biztosít a fotodiódán, és elkülöníti az op-amp kimeneti feszültségtől.

A fenti áramkörben csak egy visszacsatolási ellenállást használnak. Az R1 a nagy értékű visszacsatolási ellenállás. Az erősítést az R1 ellenállás értékének megváltoztatásával változtathatjuk. Az op-amp nagy erősítése stabil állapotot használ, ahol a fotodióda áram megegyezik az R1 ellenálláson keresztüli visszacsatolási árammal.

Mivel a fotodiódán nem nyújtunk külső torzítást, a fotodióda bemeneti eltolási feszültsége nagyon alacsony, ami nagy feszültségnövekedést eredményez kimeneti eltolási feszültség nélkül. A fotodióda áramát nagy kimeneti feszültséggé alakítják át.

Az Inverting op-amp további alkalmazásai a következők:

1. Fázisváltó
2. Integrátor
3. A jelegyensúlyozással kapcsolatos munkákban
4. Lineáris RF keverő
5. Különböző érzékelők invertáló op-amp-ot használnak a kimenethez.