- Inverterende konfigurasjon av operasjonsforsterker
- Gevinst ved inverterende op-amp
- Praktisk eksempel på inverterende forsterker
- Summing Amplifier eller Op Amp Adder Circuit
- Trans-impedansforsterkerkrets
Op-Amp (Operasjonsforsterker) er ryggraden i Analog elektronikk. En operasjonsforsterker er en DC-koblet elektronisk komponent som forsterker spenningen fra en differensialinngang ved hjelp av motstandsfeedback. Op-Amps er populære for allsidigheten, da de kan konfigureres på mange måter og kan brukes i forskjellige aspekter. En op-amp krets består av få variabler som båndbredde, inngang og utgangsimpedans, forsterkningsmargin osv. Ulike klasser av forsterkere har forskjellige spesifikasjoner avhengig av disse variablene. Det er mange op-forsterkere tilgjengelig i forskjellige integrerte kretspakker (IC), noen op-amp-er har to eller flere forsterkere i en enkelt pakke. LM358, LM741, LM386 er noen ofte brukte Op-amp ICer. Du kan lære mer om Op-amp ved å følge seksjonen vår om Op-amp kretser.
En op-amp har to differensialinngangspinner og en utgangspinne sammen med strømpinner. Disse to differensialinngangspinnene er inverterende pinner eller negative og ikke-inverterende pinner eller positive. En op-amp forsterker forskjellen i spenning mellom disse to inngangspinnene og gir den forsterkede utgangen over sin Vout eller output pin.
Avhengig av inngangstype kan op-amp klassifiseres som inverterende forsterker eller ikke-inverterende forsterker. I forrige ikke-inverterende op-amp opplæring har vi sett hvordan du bruker forsterkeren i en ikke-inverterende konfigurasjon. I denne opplæringen vil vi lære hvordan du bruker op-amp i inverterende konfigurasjon.
Inverterende konfigurasjon av operasjonsforsterker
Det kalles Inverterende forsterker fordi op-amp endrer fasevinkelen til utgangssignalet nøyaktig 180 grader ut av fase i forhold til inngangssignalet. Det samme som før, bruker vi to eksterne motstander for å lage tilbakekoblingskrets og lage en lukket krets over forsterkeren.
I ikke-inverterende konfigurasjon ga vi positiv tilbakemelding på tvers av forsterkeren, men for inverterende konfigurasjon produserer vi negativ tilbakemelding over op-amp-kretsen.
La oss se tilkoblingsdiagrammet for invertering av op-amp-konfigurasjon
I ovenstående inverterende op-amp kan vi se at R1 og R2 gir den nødvendige tilbakemeldingen over op-amp-kretsen. Den R2 Motstanden er signalinngangsmotstand, og R1 motstand er tilbakekoblingsmotstanden. Denne tilbakekoblingskretsen tvinger differensialinngangsspenningen til nesten null.
Tilbakemeldingen er koblet over op-ampens negative terminal og den positive terminalen er koblet over bakken. Spenningspotensialet over inverterende innganger er det samme som spenningspotensialet for ikke-inverterende innganger. Så, på tvers av den ikke-inverterende inngangen, opprettes et Virtual Earth-summeringspunkt som har samme potensiale som bakken eller jorden. Op-amp vil fungere som en differensialforsterker.
Så, i tilfelle inverterende op-amp, strømmer det ikke inn i inngangsterminalen, også inngangsspenningen er lik tilbakemeldingsspenningen over to motstander, da de begge er en felles virtuell jordkilde. På grunn av den virtuelle bakken er inngangsmotstanden til op-amp lik inngangsmotstanden til op-amp som er R2. Denne R2 har et forhold til forsterkning med lukket sløyfe, og forsterkningen kan settes av forholdet mellom de eksterne motstandene som brukes som tilbakemelding.
Siden det ikke er strøm i inngangsterminalen og differensialinngangsspenningen er null, kan vi beregne lukket sløyfeforsterkning av op amp. Lær mer om Op-amp consturction og hvordan den fungerer ved å følge lenken.
Gevinst ved inverterende op-amp
På bildet ovenfor er to motstander R2 og R1 vist, som er tilbakemotstandene for spenningsdeler som brukes sammen med inverterende op-amp. R1 er tilbakemeldingsmotstanden (Rf) og R2 er inngangsmotstanden (Rin). Hvis vi beregner strømmen som strømmer gjennom motstanden, så-
i = (Vin - Vout) / (Rin (R2) - Rf (R1))
Ettersom Dout er midtpunktet for skillelinjen, kan vi konkludere
Som vi har beskrevet tidligere, er tilbakemeldingsspenningen 0, Dout = 0 på grunn av den virtuelle bakken eller det samme nodesummen.
Så den inverterende forsterkerformelen for lukket sløyfeforsterkning vil være
Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)
Så fra denne formelen får vi noen av de fire variablene når de tre andre variablene er tilgjengelige. Op-amp Gain-kalkulator kan brukes til å beregne gevinsten til en inverterende op-amp.
Som vi kan se et negativt tegn i formelen, vil utgangen være 180 grader ut av fase i motsetning til inngangssignalets fase.
Praktisk eksempel på inverterende forsterker
I bildet ovenfor vises en op-amp-konfigurasjon, der to tilbakemeldingsmotstander gir nødvendig tilbakemelding i op-amp. Motstanden R2 som er inngangsmotstanden og R1 er tilbakemeldingsmotstanden. Inngangsmotstanden R2 som har en motstandsverdi 1K ohm og tilbakemeldingsmotstanden R1 har en motstandsverdi på 10 k ohm. Vi vil beregne den inverterende forsterkningen til op-amp. Tilbakemeldingen er gitt i den negative terminalen, og den positive terminalen er koblet til bakken.
Formelen for invertering av forsterkning av op-amp krets-
Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)
I kretsen ovenfor er Rf = R1 = 10k og Rin = R2 = 1k
Så, gevinst (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)
Så forsterkningen vil være -10 ganger, og utgangen vil være 180 grader utenfor fase.
Nå, hvis vi øker forsterkningen til op-amp til -20 ganger, hva vil tilbakemeldingsverdien være hvis inngangsmotstanden vil være den samme? Så, Forsterkning = -20 og Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k
Så hvis vi øker 10k-verdien til 20k, vil forsterkningen av op-amp være -20 ganger.
Vi kan øke forsterkningen av op-amp ved å endre forholdet mellom motstander, men det er ikke tilrådelig å bruke lavere motstand som Rin eller R2. Når motstandens lavere verdi senker inngangsimpedansen og skaper en belastning på inngangssignalet. I typiske tilfeller brukes verdi fra 4,7 k til 10 k for inngangsmotstanden.
Når høy forsterkning krever og vi skal sikre høy impedans i inngangen, må vi øke verdien av tilbakemeldingsmotstander. Men det anbefales heller ikke å bruke motstand med veldig høy verdi over Rf. Høyere tilbakemeldingsmotstand gir ustabil forsterkningsmargin og kan ikke være et levedyktig valg for operasjoner med begrenset båndbredde. Typisk verdi 100k eller litt mer enn det som brukes i tilbakemeldingsmotstanden.
Vi må også sjekke båndbredden til op-amp kretsen for pålitelig drift ved høy forsterkning.
Summing Amplifier eller Op Amp Adder Circuit
En inverterende op-amp kan brukes på forskjellige steder som i Op amp Summing Amplifier. En viktig anvendelse av inverterende op-amp er summeringsforsterker eller virtuell jordmikser.
På bildet ovenfor vises en virtuell jordmikser eller summeringsforsterker der en invertert op-amp blander flere forskjellige signaler over den inverterende terminalen. En inverterende forsterkerinngang er praktisk talt på jordpotensial, noe som gir en utmerket mikserrelatert applikasjon i lydblandingsrelatert arbeid.
Som vi kan se, legges forskjellige signaler sammen over den negative terminalen ved hjelp av forskjellige inngangsmotstander. Det er ingen grense for antall forskjellige signalinnganger som kan legges til. Forsterkningen for hver forskjellige signalport bestemmes av forholdet mellom tilbakemeldingsmotstand R2 og inngangsmotstanden til den bestemte kanalen.
Lær også mer om applikasjoner av op-amp ved å følge forskjellige op-amp-baserte kretser. Denne inverterende op-amp-konfigurasjonen brukes også i forskjellige filtre som aktivt lavpass eller aktivt høypassfilter.
Trans-impedansforsterkerkrets
En annen bruk av Op amp inverterende forsterker bruker forsterkeren som Trans-impedansforsterker.
I en slik krets konverterer op-amp veldig lav inngangsstrøm til tilsvarende utgangsspenning. Så en trans-impedansforsterker konverterer strøm til spenning.
Den kan konvertere strømmen fra fotodiode, akselerometre eller andre sensorer som produserer lav strøm og ved hjelp av trans-impedansforsterkeren kan strømmen konverteres til en spenning.
I det ovennevnte bildet brukes en invertert op-amp til å lage trans-impedansforsterker som konverterer strømmen avledet fra fotodioden til en spenning. Forsterkeren gir lav impedans over fotodioden og skaper isolasjon fra op-amp utgangsspenningen.
I kretsen ovenfor brukes bare en tilbakemeldingsmotstand. R1 er høykvalitets tilbakemeldingsmotstand. Vi kan endre gevinsten ved å endre verdien på denne R1-motstanden. Den høye forsterkningen til op-amp bruker en stabil tilstand der fotodiodestrømmen er lik tilbakemeldingsstrømmen gjennom motstanden R1.
Siden vi ikke gir noen ekstern forspenning over fotodioden, er inngangsforskyvningen til fotodioden veldig lav, noe som gir stor spenningsforsterkning uten utgangsspenning. Strømmen til fotodioden blir konvertert til høy utgangsspenning.
Andre anvendelser av inverterende op-amp er -
- Faseskifter
- Integrator
- I signalbalanseringsrelaterte verk
- Lineær RF-mikser
- Ulike sensorer bruker inverterende op-amp for utgangen.