- Inverterende konfiguration af driftsforstærker
- Gevinst ved inverterende op-amp
- Praktisk eksempel på inverterende forstærker
- Summing Forstærker eller Op Amp Adder Circuit
- Trans-impedans forstærker kredsløb
Op-Amp (operationel forstærker) er rygraden i analog elektronik. En funktionsforstærker er en jævnstrømskoblet elektronisk komponent, som forstærker spændingen fra en differentiel indgang ved hjælp af modstandsfeedback. Op-forstærkere er populære for dens alsidighed, da de kan konfigureres på mange måder og kan bruges i forskellige aspekter. Et op-amp kredsløb består af få variabler som båndbredde, input og output impedans, forstærkningsmargen osv. Forskellig klasse af op-forstærkere har forskellige specifikationer afhængigt af disse variabler. Der er masser af op-forstærkere til rådighed i forskellige integrerede kredsløbspakker (IC), nogle op-forstærker har to eller flere op-forstærkere i en enkelt pakke. LM358, LM741, LM386 er nogle almindeligt anvendte Op-amp IC'er. Du kan lære mere om Op-forstærkere ved at følge vores Op-amp kredsløb sektion.
En op-forstærker har to forskellige indgangsstifter og en udgangsstift sammen med strømstifter. Disse to differentielle inputstifter er inverterende pin eller Negative og Non-inverterende pin eller Positive. En op-forstærker forstærker forskellen i spænding mellem disse to indgangsstifter og giver den forstærkede udgang på tværs af sin Vout eller udgangsstiften.
Afhængig af indgangstypen kan op-amp klassificeres som inverterende forstærker eller ikke-inverterende forstærker. I den tidligere ikke-inverterende op-amp-tutorial har vi set, hvordan man bruger forstærkeren i en ikke-inverterende konfiguration. I denne vejledning lærer vi, hvordan man bruger op-amp i inverterende konfiguration.
Inverterende konfiguration af driftsforstærker
Det kaldes inverterende forstærker, fordi op-forstærkeren ændrer fasevinklen på udgangssignalet nøjagtigt 180 grader ud af fase i forhold til indgangssignalet. Samme som før, bruger vi to eksterne modstande til at skabe feedback kredsløb og skabe et lukket kredsløb på tværs af forstærkeren.
I den ikke-inverterende konfiguration leverede vi positiv feedback på tværs af forstærkeren, men til inverterende konfiguration producerer vi negativ feedback på tværs af op-amp kredsløbet.
Lad os se forbindelsesdiagrammet til invertering af op-amp-konfiguration
I ovenstående inverterende op-amp kan vi se, at R1 og R2 giver den nødvendige feedback på tværs af op-amp-kredsløbet. Den R2 Resistor er signalet indgangsmodstanden, og R1 modstand er tilbagekoblingsmodstanden. Dette feedback-kredsløb tvinger den differentielle indgangsspænding til næsten nul.
Feedback er forbundet over op-amp's negative terminal, og den positive terminal er forbundet over jorden. Spændingspotentialet over inverterende input er det samme som spændingspotentialet for ikke-inverterende input. Så på tværs af den ikke-inverterende input oprettes et Virtual Earth-summeringspunkt, der har samme potentiale som jorden eller jorden. Op-amp fungerer som en differentiel forstærker.
Så i tilfælde af invertering af op-amp, strømmer der ikke ind i indgangsterminalen, også er indgangsspændingen lig med feedback-spændingen over to modstande, da de begge er fælles virtuel jordkilde. På grund af den virtuelle jord er input-modstanden af op-amp lig med input-modstanden for op-amp, som er R2. Denne R2 har et forhold til lukket sløjfeforstærkning, og forstærkningen kan indstilles ved forholdet mellem de eksterne modstande, der bruges som feedback.
Da der ikke er nogen strøm i indgangsterminalen, og den differentielle indgangsspænding er nul, kan vi beregne lukket sløjfeforstærkning af op amp. Lær mere om Op-amp consturction og dens arbejde ved at følge linket.
Gevinst ved inverterende op-amp
På ovenstående billede vises to modstande R2 og R1, som er spændingsdeler-feedback-modstandene, der bruges sammen med inverterende op-amp. R1 er feedbackmodstanden (Rf), og R2 er indgangsmodstanden (Rin). Hvis vi beregner strømmen, der strømmer gennem modstanden, så-
i = (Vin - Vout) / (Rin (R2) - Rf (R1))
Da Dout er midtpunktet for skillelinjen, kan vi konkludere
Som vi tidligere har beskrevet, er feedbackspændingen på grund af den virtuelle jord eller det samme knudepunktsummeringspunkt 0, Dout = 0. Så,
Så den inverterende forstærkerformel for lukket sløjfeforstærkning vil være
Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)
Så fra denne formel får vi nogen af de fire variabler, når de andre tre variabler er tilgængelige. Op-amp Gain-lommeregner kan bruges til at beregne forstærkningen af en inverterende op-amp.
Som vi kan se et negativt tegn i formlen, vil output være 180 grader ude af fase i modsætning til indgangssignalets fase.
Praktisk eksempel på inverterende forstærker
I ovenstående billede vises en op-amp-konfiguration, hvor to feedback-modstande giver den nødvendige feedback i op-amp. Modstanden R2, som er inputmodstanden, og R1 er feedbackmodstanden. Indgangsmodstanden R2, som har en modstandsværdi 1K ohm, og feedbackmodstanden R1 har en modstandsværdi på 10k ohm. Vi beregner den inverterende forstærkning af op-amp. Feedback gives i den negative terminal, og den positive terminal er forbundet med jord.
Formlen til invertering af forstærkning af op-amp kredsløbet
Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)
I ovenstående kredsløb er Rf = R1 = 10k og Rin = R2 = 1k
Så gevinst (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)
Så forstærkningen vil være -10 gange, og output vil være 180 grader ude af fase.
Nu, hvis vi øger forstærkningen af op-amp til -20 gange, hvad vil feedback-modstandsværdien være, hvis input-modstanden vil være den samme? Så, Forstærkning = -20 og Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k
Så hvis vi øger 10k-værdien til 20k, vil forstærkningen af op-amp være -20 gange.
Vi kan øge forstærkningen af op-amp ved at ændre forholdet mellem modstande, men det tilrådes ikke at bruge lavere modstand som Rin eller R2. Da den lavere værdi af modstanden sænker indgangsimpedansen og skaber en belastning på indgangssignalet. I typiske tilfælde anvendes en værdi fra 4,7k til 10k til inputmodstanden.
Når høj forstærkning kræver, og vi skal sikre høj impedans i input, skal vi øge værdien af feedbackmodstande. Men det tilrådes heller ikke at bruge modstand med meget høj værdi på tværs af Rf. Højere feedback-modstand giver ustabil forstærkningsmargen og kan ikke være et levedygtigt valg til begrænsede båndbredderelaterede operationer. Typisk værdi 100k eller lidt mere end den, der bruges i feedback-modstanden.
Vi skal også kontrollere båndbredden på op-amp kredsløbet for pålidelig drift ved høj forstærkning.
Summing Forstærker eller Op Amp Adder Circuit
En inverterende op-amp kan bruges forskellige steder som f.eks. Op amp Summing Amplifier. En vigtig anvendelse af inverterende op-forstærker er summeringsforstærker eller virtuel jordblander.
I ovenstående billede vises en virtuel jordblander eller summeringsforstærker, hvor en inverteret op-forstærker blander flere forskellige signaler på tværs af den inverterende terminal. En inverterende forstærkerindgang er stort set ved jordpotentiale, hvilket giver en fremragende mixerrelateret anvendelse i lydblandingsrelateret arbejde.
Som vi kan se, tilføjes forskellige signaler sammen på tværs af den negative terminal ved hjælp af forskellige inputmodstande. Der er ingen grænse for antallet af forskellige signalindgange, der kan tilføjes. Forstærkningen af hver forskellige signalport bestemmes af forholdet mellem feedbackmodstand R2 og inputmodstanden for den bestemte kanal.
Lær også mere om anvendelser af op-amp ved at følge forskellige op-amp-baserede kredsløb. Denne inverterende op-amp konfiguration bruges også i forskellige filtre som aktivt lavpas eller aktivt højpasfilter.
Trans-impedans forstærker kredsløb
En anden brug af Op amp inverterende forstærker bruger forstærkeren som Trans-impedansforstærker.
I et sådant kredsløb konverterer op-amp meget lav indgangsstrøm til den tilsvarende udgangsspænding. Så en trans-impedansforstærker konverterer strøm til spænding.
Det kan konvertere strømmen fra fotodiode, accelerometre eller andre sensorer, der producerer lav strøm, og ved hjælp af trans-impedansforstærker kan strømmen omdannes til en spænding.
I ovenstående billede bruges en omvendt op-forstærker til at fremstille en trans-impedansforstærker, der konverterer strømmen, der stammer fra fotodioden, til en spænding. Forstærkeren giver lav impedans på tværs af fotodioden og skaber isolation fra op-amp udgangsspændingen.
I ovenstående kredsløb anvendes kun en feedback-modstand. R1 er feedbackværdien af høj værdi. Vi kan ændre forstærkningen ved at ændre denne R1-modstands værdi. Den høje forstærkning af op-amp bruger en stabil tilstand, hvor fotodiodestrømmen er lig med feedbackstrømmen gennem modstanden R1.
Da vi ikke tilvejebringer nogen ekstern forspænding på tværs af fotodioden, er fotodiodens indgangsforskydningsspænding meget lav, hvilket giver stor spændingsforstærkning uden nogen udgangsforskydningsspænding. Strømmen til fotodioden konverteres til den høje udgangsspænding.
Andre anvendelser af inverterende op-amp er -
- Faseskifter
- Integrator
- I signalbalanceringsrelaterede værker
- Lineær RF-mixer
- Forskellige sensorer bruger inverterende op-amp til output.