Amplificator operațional inversor

Op-Amp (Amplificator operațional) este coloana vertebrală a electronicii analogice. Un amplificator operațional este o componentă electronică cuplată în curent continuu care amplifică tensiunea de la o intrare diferențială utilizând feedback-ul rezistorului. Op-Amperele sunt populare pentru versatilitatea sa, deoarece pot fi configurate în multe moduri și pot fi utilizate în diferite aspecte. Un circuit op-amp constă din puține variabile, cum ar fi lățimea de bandă, impedanța de intrare și ieșire, marja de câștig etc. Clasa diferită de amplificatoare op are specificații diferite în funcție de aceste variabile. Există o mulțime de op-amperi disponibile în diferite pachete de circuite integrate (IC), unele op-amp ic-uri au două sau mai multe op-amperi într-un singur pachet. LM358, LM741, LM386 sunt unele IC-uri utilizate în mod obișnuit. Puteți afla mai multe despre amplificatoarele de operare urmând secțiunea noastră de circuite pentru amplificatoare de operare.

Un amplificator operațional are doi pini de intrare diferențiali și un pin de ieșire împreună cu pini de alimentare. Acei doi pini de intrare diferențiali sunt pinul inversor sau Pinul negativ și pinul neinversibil sau Pozitiv. Un amplificator op amplifică diferența de tensiune între acești doi pini de intrare și furnizează ieșirea amplificată pe Vout sau pinul de ieșire.

În funcție de tipul de intrare, amplificatorul operațional poate fi clasificat ca amplificator inversor sau amplificator fără inversare. În tutorialul op-amp non-inversant anterior, am văzut cum să folosim amplificatorul într-o configurație fără inversare. În acest tutorial, vom învăța cum să folosim op-amp în inversarea configurației.

Inversarea configurației amplificatorului operațional

Se numește amplificator inversor, deoarece amplificatorul operațional modifică unghiul de fază al semnalului de ieșire exact cu 180 de grade defazat în raport cu semnalul de intrare. La fel ca înainte, folosim două rezistențe externe pentru a crea un circuit de feedback și a realiza un circuit cu buclă închisă pe amplificator.

În configurația fără inversare, am furnizat feedback pozitiv pe amplificator, dar pentru configurarea inversată, producem feedback negativ pe circuitul amplificator op.

Să vedem schema de conexiune pentru inversarea configurației op-amp

În op-amp-ul inversor de mai sus, putem vedea că R1 și R2 oferă feedback-ul necesar în circuitul op-amp. R2 rezistorul este rezistor de intrare de semnal, iar R1 rezistor este feedback - ul rezistor. Acest circuit de feedback forțează tensiunea diferențială de intrare la aproape zero.

Feedback-ul este conectat la terminalul negativ al amplificatorului op-amp, iar terminalul pozitiv este conectat la sol. Potențialul de tensiune al intrării inversoare este același cu potențialul de tensiune al intrării care nu inversează. Deci, pe intrarea care nu se inversează, se creează un punct de însumare a Pământului Virtual, care se află în același potențial ca solul sau Pământul. Amplificatorul opțional va acționa ca un amplificator diferențial.

Deci, în caz de inversare a amplificatorului op, nu există fluxuri de curent în terminalul de intrare, de asemenea, tensiunea de intrare este egală cu tensiunea de feedback a celor două rezistențe, deoarece ambele sunt o sursă de masă virtuală comună. Datorită împământării virtuale, rezistența de intrare a amplificatorului opțional este egală cu rezistența de intrare a amplificatorului opțional, care este R2. Acest R2 are o relație cu câștigul în buclă închisă, iar câștigul poate fi setat de raportul rezistențelor externe utilizate ca feedback.

Deoarece nu există flux de curent în terminalul de intrare și tensiunea diferențială de intrare este zero, putem calcula câștigul în buclă închisă a amplificatorului op. Aflați mai multe despre funcționarea amplificatorului Op și despre funcționarea acestuia urmând linkul.

Câștig de inversare a amplificatorului op

În imaginea de mai sus, sunt prezentate două rezistențe R2 și R1, care sunt rezistențele de feedback ale divizorului de tensiune utilizate împreună cu op-amp inversor. R1 este rezistorul de feedback (Rf) și R2 este rezistorul de intrare (Rin). Dacă calculăm curentul care curge prin rezistor, atunci

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

Deoarece Dout este punctul de mijloc al divizorului, putem concluziona

Așa cum am descris anterior, datorită împământării virtuale sau a aceluiași punct de însumare a nodului, tensiunea de feedback este 0, Dout = 0. Deci,

Deci, formula amplificatorului inversor pentru câștigul în buclă închisă va fi

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

Deci, din această formulă, obținem oricare dintre cele patru variabile atunci când sunt disponibile celelalte trei variabile. Calculatorul câștigului amplificatorului poate fi utilizat pentru a calcula câștigul unui amplificator op.

Deoarece putem vedea un semn negativ în formulă, ieșirea va fi defazată la 180 de grade, spre deosebire de faza semnalului de intrare.

Exemplu practic de amplificator inversor

În imaginea de mai sus, este afișată o configurație op-amp, unde două rezistențe de feedback oferă feedback-ul necesar în op-amp. Rezistorul R2 care este rezistorul de intrare și R1 este rezistorul de feedback. Rezistența de intrare R2 care are o valoare de rezistență 1K ohmi și rezistența de feedback R1 are o valoare de rezistență de 10k ohmi. Vom calcula câștigul inversor al amplificatorului op. Feedback-ul este furnizat în terminalul negativ, iar terminalul pozitiv este conectat la masă.

Formula pentru inversarea câștigului circuitului op-amp

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

În circuitul de mai sus Rf = R1 = 10k și Rin = R2 = 1k

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

Deci câștigul va fi de -10 ori și ieșirea va fi de 180 de grade defazată.

Acum, dacă mărim câștigul amplificatorului de operare la -20 ori, care va fi valoarea rezistorului de feedback dacă rezistorul de intrare va fi același? Asa de, Câștig = -20 și Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Deci, dacă mărim valoarea de 10k la 20k, câștigul amplificatorului va fi de -20 ori.

Putem crește câștigul amplificatorului operațional modificând raportul rezistențelor, cu toate acestea, nu este recomandabil să folosiți rezistență mai mică ca Rin sau R2. Deoarece valoarea mai mică a rezistenței scade impedanța de intrare și creează o sarcină la semnalul de intrare. În cazurile tipice, valoarea de la 4,7k la 10k este utilizată pentru rezistența de intrare.

Atunci când câștigul mare necesită și ar trebui să asigurăm o impedanță ridicată în intrare, trebuie să creștem valoarea rezistențelor de feedback. Dar, de asemenea, nu este recomandabil să utilizați rezistență de mare valoare pe Rf. Un rezistor de feedback mai mare oferă o marjă de câștig instabilă și nu poate fi o alegere viabilă pentru operațiuni limitate legate de lățimea de bandă. Valoarea tipică 100k sau puțin mai mare decât aceasta este utilizată în rezistorul de feedback.

De asemenea, trebuie să verificăm lățimea de bandă a circuitului op-amp pentru o funcționare fiabilă la câștig mare.

Amplificator sumator sau circuit amplificator Op Amp

Un amplificator op inversor poate fi utilizat în diverse locuri, cum ar fi Amplificator sumator Op amp. O aplicație importantă a inversării amplificatorului de operare este amplificatorul sumator sau mixerul virtual de pământ.

În imaginea de mai sus, este afișat un mixer de pământ virtual sau un amplificator sumator în care un amplificator op inversat amestecând mai multe semnale diferite pe terminalul său inversor. O intrare de amplificatoare inversoare este practic la potențialul pământului, care oferă o aplicație excelentă legată de mixer în lucrările legate de amestecarea audio.

După cum putem vedea, semnale diferite sunt adăugate la terminalul negativ folosind diferite rezistențe de intrare. Nu există nicio limită pentru numărul de intrări de semnal diferite care pot fi adăugate. Câștigul fiecărui port de semnal diferit este determinat de raportul dintre rezistența de feedback R2 și rezistența de intrare a canalului respectiv.

Aflați mai multe despre aplicațiile op-amp urmând diferite circuite bazate pe op-amp. Această configurație inversă a amplificatorului operațional este, de asemenea, utilizată în diferite filtre, cum ar fi filtrul activ de trecere joasă sau filtrul activ de trecere înaltă.

Circuit amplificator trans-impedanță

O altă utilizare a amplificatorului inversor amplificator Op este utilizarea amplificatorului ca amplificator trans-impedanță.

Într-un astfel de circuit, amplificatorul operativ convertește un curent de intrare foarte scăzut la tensiunea de ieșire corespunzătoare. Deci, un amplificator de trans-impedanță convertește curentul în tensiune.

Poate converti curentul de la fotodiodă, accelerometre sau alți senzori care produc curent redus și utilizând amplificatorul de impedanță trans, curentul poate fi transformat într-o tensiune.

În imaginea de mai sus, un amplificator operațional inversat folosit pentru a produce un amplificator de trans-impedanță care convertește curentul derivat din foto-diodă într-o tensiune. Amplificatorul oferă o impedanță scăzută în fotodiodă și creează izolarea față de tensiunea de ieșire a amplificatorului op.

În circuitul de mai sus, este utilizat un singur rezistor de feedback. R1 este rezistorul de feedback de mare valoare. Putem schimba câștigul schimbând valoarea acestui rezistor R1. Câștigul mare al amplificatorului operațional utilizează o condiție stabilă în care curentul fotodiodă este egal cu curentul de feedback prin rezistorul R1.

Întrucât nu oferim nicio polarizare externă pe fotodiodă, tensiunea de compensare de intrare a fotodiodei este foarte scăzută, ceea ce produce un câștig mare de tensiune fără tensiune de compensare de ieșire. Curentul foto-diodei va fi convertit la tensiunea de ieșire ridicată.

Alte aplicații ale inverterului op-amp sunt -

1. Schimbator de faze
2. Integrator
3. În lucrările legate de echilibrarea semnalului
4. Mixer liniar RF
5. Diferiti senzori folosesc op-amp inversor pentru iesire.