Operacinis stiprintuvas apverstas

„Op-Amp“ (operacinis stiprintuvas) yra analoginės elektronikos pagrindas. Operacinis stiprintuvas yra nuolatinės srovės sujungtas elektroninis komponentas, kuris sustiprina įtampą iš diferencialinės įvesties, naudodamas rezistoriaus grįžtamąjį ryšį. „Op-Amps“ yra populiarus dėl savo universalumo, nes juos galima sukonfigūruoti įvairiais būdais ir naudoti įvairiais aspektais. Op-amp grandinę sudaro keli kintamieji, pvz., Pralaidumo, įvesties ir išėjimo impedansas, padidinimo riba ir kt. Skirtingos opampų klasės specifikacijos skiriasi, priklausomai nuo šių kintamųjų. Įvairiuose integrinių grandynų (IC) paketuose yra daugybė op-amperų, kai kurie op-amperai turi du ar daugiau op-amperų vienoje pakuotėje. LM358, LM741, LM386 yra keletas dažniausiai naudojamų „Op-amp IC“. Galite sužinoti daugiau apie „Op“ stiprintuvus, sekdami mūsų „Op-amp“ grandinių skyrių.

Op-amp turi du skirtingus įvesties kaiščius ir išvesties kaištį kartu su maitinimo kaiščiais. Šie du diferencinio įvesties kaiščiai yra invertuojantis kaištis arba neigiamas ir ne invertuojantis kaištis arba teigiamas. Op-amp sustiprina įtampos skirtumą tarp šių dviejų įvesties kaiščių ir suteikia sustiprintą išėjimą per jo Vout arba išvesties kaištį.

Priklausomai nuo įvesties tipo, op-amp gali būti klasifikuojamas kaip invertuojantis stiprintuvas arba neinvertuojantis stiprintuvas. Ankstesnėje „Ne invertuojančioje op-amp“ pamokoje mes matėme, kaip naudoti stiprintuvą ne invertuojančioje konfigūracijoje. Šioje pamokoje sužinosime, kaip naudoti op-amp invertuojant konfigūraciją.

Operacinio stiprintuvo konfigūracijos inversija

Jis vadinamas invertuojančiu stiprintuvu, nes op-amp keičia įėjimo signalo fazinį kampą tiksliai 180 laipsnių kampu nuo įvesties signalo. Panašiai kaip ir anksčiau, mes naudojame du išorinius rezistorius, norėdami sukurti grįžtamąją grandinę ir sukurti stiprintuve uždaros grandinės grandinę.

Neinvertuojančioje konfigūracijoje mes pateikėme teigiamą grįžtamąjį ryšį per stiprintuvą, tačiau norint pakeisti konfigūraciją, mes gauname neigiamą grįžtamąjį ryšį per op-amp grandinę.

Pažiūrėkime atvirkštinės op-amp konfigūracijos prijungimo schemą

Aukščiau pateiktame atvirkštiniame op-amp matome, kad R1 ir R2 teikia reikiamą grįžtamąjį ryšį per op-amp grandinę. R2 rezistorius yra signalas įvesties rezistorius, ir R1 rezistorius yra grįžtamojo ryšio rezistorius. Ši grįžtamojo ryšio grandinė priverčia diferencinę įėjimo įtampą beveik nuliui.

Grįžtamasis ryšys yra sujungtas per neigiamą op-amp stiprintuvą, o teigiamas - per žemę. Įtampos potencialas per invertuojančią įvestį yra toks pat kaip ir neinvertuojančio įėjimo įtampos potencialas. Taigi visoje neinvertuojančioje įvestyje yra sukurtas Virtualus Žemės susumavimo taškas, kuris yra tame pačiame potenciale kaip ir žemė ar Žemė. Op-amp veiks kaip diferencialinis stiprintuvas.

Taigi, invertuojant op-amp, į įvesties gnybtą nėra srovės, taip pat įėjimo įtampa yra lygi dviejų rezistorių grįžtamojo ryšio įtampai, nes jie abu yra bendras virtualus įžeminimo šaltinis. Dėl virtualaus įžeminimo op-amp įėjimo varža yra lygi op-amp, kuris yra R2, įėjimo rezistorius. Šis R2 yra susijęs su uždaro ciklo stiprinimu, o padidėjimą galima nustatyti pagal išorinių rezistorių, naudojamų kaip grįžtamąjį ryšį, santykį.

Kadangi įėjimo gnybte nėra srovės srauto ir diferencinė įėjimo įtampa lygi nuliui, galime apskaičiuoti uždarosios grandinės stiprinimą. Sužinokite daugiau apie „Op-amp“ sutrikimą ir jo veikimą spustelėdami nuorodą.

„Op-amp“ apvertimo pelnas

Ankstesniame paveikslėlyje parodyti du rezistoriai R2 ir R1, kurie yra įtampos daliklio grįžtamojo ryšio rezistoriai, naudojami kartu su invertuojančiu op-amp. R1 yra grįžtamojo ryšio rezistorius (Rf), o R2 - įėjimo rezistorius (Rin). Jei apskaičiuosime srovę, tekančią per rezistorių, tada

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

Kadangi „Dout“ yra daliklio vidurio taškas, galime daryti išvadą

Kaip aprašėme anksčiau, dėl virtualios žemės ar to paties mazgo sumavimo taško grįžtamojo ryšio įtampa yra 0, Dout = 0. Taigi,

Taigi, atvirkštinio stiprintuvo formulė uždarojo ciklo stiprinimui bus

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

Taigi iš šios formulės mes gauname bet kurį iš keturių kintamųjų, kai yra kiti trys kintamieji. Skaičiuojant „Op-amp Gain“ galima apskaičiuoti invertuojančio op-amp stiprinimą.

Kadangi formulėje matome neigiamą ženklą, išvestis bus 180 laipsnių kampu, palyginti su įvesties signalo faze.

Praktinis atvirkštinio stiprintuvo pavyzdys

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta op-amp konfigūracija, kur du grįžtamieji rezistoriai teikia reikiamą grįžtamąjį ryšį op-amp. Rezistorius R2, kuris yra įėjimo rezistorius, ir R1 yra grįžtamojo ryšio rezistorius. Įėjimo rezistoriaus R2, kurio varžos vertė yra 1K omų, o grįžtamojo rezistoriaus R1, atsparumo vertė yra 10k omų. Apskaičiuosime atvirkštinį op-amp stiprinimą. Grįžtamasis ryšys pateikiamas neigiamame gnybte, o teigiamasis gnybtas yra prijungtas prie žemės.

Formulė, leidžianti apversti op-amp grandinės stiprinimą

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

Pirmiau pateiktoje grandinėje Rf = R1 = 10k ir Rin = R2 = 1k

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

Taigi padidėjimas bus -10 kartų, o išėjimo fazė bus 180 laipsnių.

Dabar, jei padidinsime op-amp stiprinimą iki -20 kartų, kokia bus grįžtamojo ryšio rezistoriaus vertė, jei įvesties rezistorius bus tas pats? Taigi, Pelnas = -20 ir Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Taigi, jei padidinsime 10k vertę iki 20k, op-amp padidėjimas bus -20 kartų.

Mes galime padidinti op-amp stiprinimą, keisdami rezistorių santykį, tačiau nepatartina naudoti mažesnio atsparumo kaip Rin arba R2. Kadangi mažesnė varžos vertė sumažina įėjimo impedansą ir sukuria įėjimo signalo apkrovą. Paprastai įėjimo rezistoriui naudojama vertė nuo 4,7k iki 10k.

Kai reikia didelio pelno ir turėtume užtikrinti didelę impedanciją įėjime, turime padidinti grįžtamojo ryšio rezistorių vertę. Bet taip pat nepatartina naudoti labai didelės vertės rezistorių visame Rf. Didesnis grįžtamojo ryšio rezistorius suteikia nestabilų pelno maržą ir negali būti tinkamas pasirinkimas riboto pralaidumo operacijoms. Tipinė vertė yra 100k arba šiek tiek didesnė nei naudojama grįžtamojo ryšio rezistoriuje.

Mes taip pat turime patikrinti op-amp grandinės pralaidumą, kad patikimai veiktų esant dideliam prieaugiui.

Apibendrinantis stiprintuvas arba „Op Amp Adder“ grandinė

Apverstas op-amp gali būti naudojamas įvairiose vietose, pavyzdžiui, kaip Op amp sumavimo stiprintuvas. Viena svarbi atvirkštinio op-amp taikymo sritis yra sumavimo stiprintuvas arba virtualus žemės maišytuvas.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas virtualus žemės maišytuvas arba suminis stiprintuvas, kur apverstas op-amp stiprina savo invertuojantį terminalą, sumaišydamas kelis skirtingus signalus. Apverstų stiprintuvų įvestis praktiškai yra ant žemės potencialo, o tai yra puiki maišytuvo programa garso maišymo darbe.

Kaip matome, skirtingi įėjimo rezistoriai per neigiamą gnybtą yra sujungti skirtingi signalai. Įvairių signalo įėjimų skaičius gali būti ribojamas. Kiekvieno skirtingo signalo prievado stiprinimą lemia grįžtamojo rezistoriaus R2 ir konkretaus kanalo įėjimo rezistoriaus santykis.

Taip pat sužinokite daugiau apie op-amp programas, sekdami įvairias grandines, pagrįstas op-amp. Ši atvirkštinė op-amp konfigūracija taip pat naudojama įvairiuose filtruose, tokiuose kaip aktyvus žemų dažnių ar aktyvus aukštų dažnių filtras.

Trans-impedanso stiprintuvo grandinė

Kitas „ Op amp“ invertuojančio stiprintuvo naudojimas yra stiprintuvo naudojimas kaip „Trans-Impedance Amplifier“.

Tokioje grandinėje op-amp konvertuoja labai mažą įėjimo srovę į atitinkamą išėjimo įtampą. Taigi, „ Trans-Impedance“ stiprintuvas konvertuoja srovę į įtampą.

Jis gali konvertuoti srovę iš fotodiodo, akselerometrų ar kitų jutiklių, kurie gamina mažą srovę, ir naudojant impedansinį stiprintuvą srovė gali būti paversta įtampa.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje apverstas op-amp, naudojamas trans-impedanso stiprintuvui gaminti, kuris iš fotodiodo gaunamą srovę paverčia įtampa. Stiprintuvas užtikrina mažą impedanciją per fotodiodą ir sukuria izoliaciją nuo op-amp išėjimo įtampos.

Pirmiau pateiktoje grandinėje naudojamas tik vienas grįžtamojo ryšio rezistorius. R1 yra didelės vertės grįžtamasis rezistorius. Mes galime pakeisti padidėjimą, pakeisdami šio R1 rezistoriaus vertę. Didelis op-amp stiprinimas naudoja stabilią sąlygą, kai fotodiodo srovė yra lygi grįžtamojo ryšio srovei per rezistorių R1.

Kadangi mes nepateikiame jokio išorinio foto diodo poslinkio, fotodiodo įėjimo įtampos įtampa yra labai maža, todėl gaunamas didelis įtampos padidėjimas be išėjimo poslinkio įtampos. Fotodiodo srovė bus konvertuota į didelę išėjimo įtampą.

Kitos op-amp apvertimo programos yra:

Fazinis perjungiklis
Integratorius
Su signalo balansavimu susijusiuose darbuose
Linijinis RF maišytuvas
Įvairūs jutikliai išėjimui naudoja atvirkštinį op-amp.