Operatīvā pastiprinātāja apgriešana

Op-Amp (operatīvais pastiprinātājs) ir analogās elektronikas pamats. Operatīvais pastiprinātājs ir līdzstrāvai pievienots elektronisks komponents, kas pastiprinātāju Spriegums no diferenciālās ieejas, izmantojot rezistora atgriezenisko saiti. Op-Amps ir populārs ar savu daudzpusību, jo tos var konfigurēt dažādos veidos un izmantot dažādos aspektos. Op-amp ķēde sastāv no dažiem mainīgajiem lielumiem, piemēram, joslas platuma, ieejas un izejas pretestības, pastiprinājuma robežas utt. Dažādām op-ampēru klasei ir dažādas specifikācijas atkarībā no šiem mainīgajiem. Dažādās integrētās shēmas (IC) paketēs ir daudz op-ampēru, dažiem op-amp ir divi vai vairāki op-ampēri vienā iepakojumā. LM358, LM741, LM386 ir daži parasti izmantoti Op-amp IC. Jūs varat uzzināt vairāk par Op-ampēriem, sekojot mūsu sadaļai Op-amp shēmas.

Op-amp ir divas diferenciālās ieejas tapas un izejas tapa kopā ar strāvas tapām. Šīs divas diferenciālās ievades tapas ir invertējošā tapa vai negatīvā un neinvertējošā tapa vai pozitīvā. Op-amp pastiprina sprieguma starpību starp šīm divām ieejas tapām un nodrošina pastiprinātu izvadi visā tā Vout vai izejas tapā.

Atkarībā no ievades veida op-amp var klasificēt kā apgriezto pastiprinātāju vai neinvertējošu pastiprinātāju. Iepriekšējā neinvertējošā op-amp apmācībā mēs redzējām, kā izmantot pastiprinātāju neinvertējošā konfigurācijā. Šajā apmācībā mēs uzzināsim, kā izmantot op-amp pārveidošanas konfigurācijā.

Operatīvā pastiprinātāja konfigurācijas apgriešana

To sauc par invertējošo pastiprinātāju, jo op-amp maina izejas signāla fāzes leņķi tieši par 180 grādiem ārpus fāzes attiecībā pret ieejas signālu. Tāpat kā iepriekš, mēs izmantojam divus ārējos rezistorus, lai izveidotu atgriezenisko saiti un izveidotu slēgtas ķēdes ķēdi visā pastiprinātājā.

Non-inverting konfigurācijā mēs sniedzām pozitīvu atgriezenisko saiti visā pastiprinātājā, bet, lai veiktu invertēšanas konfigurāciju, mēs radām negatīvu atgriezenisko saiti visā op-amp ķēdē.

Apskatīsim op-amp konfigurācijas invertēšanas savienojuma shēmu

Iepriekšminētajā apgrieztā op-amp, mēs varam redzēt, ka R1 un R2 nodrošina nepieciešamo atgriezenisko saiti visā op-amp ķēdē. R2 Resistor ir signāls ieejas rezistors, un R1 pretestība ir atgriezeniskās saites rezistors. Šī atgriezeniskās saites ķēde diferenciālo ieejas spriegumu piespiež gandrīz nullei.

Atgriezeniskā saite ir savienota ar op-amp negatīvo spaili, un pozitīvā spaile ir savienota pa zemi. Sprieguma potenciāls invertējošajā ieejā ir tāds pats kā neinvertējošās ieejas sprieguma potenciāls. Tātad pāri neinvertējošajam ievadam tiek izveidots Virtuālās Zemes summēšanas punkts, kas atrodas tajā pašā potenciālā kā zeme vai Zeme. Op-amp darbosies kā diferenciālais pastiprinātājs.

Tātad, apgriežot op-amp, ieejas spailē nav strāvas, arī ieejas spriegums ir vienāds ar atgriezeniskās saites spriegumu divos rezistoros, jo tie abi ir kopīgs virtuālais zemes avots. Virtuālās zemes dēļ op-amp ieejas pretestība ir vienāda ar op-amp ieejas rezistoru, kas ir R2. Šim R2 ir saistība ar slēgtas cilpas pastiprinājumu, un pastiprinājumu var iestatīt pēc ārējo rezistoru attiecības, ko izmanto kā atgriezenisko saiti.

Tā kā ieejas spailē nav strāvas plūsmas un diferenciālā ieejas spriegums ir nulle, mēs varam aprēķināt op amp slēgtās cilpas pieaugumu. Uzziniet vairāk par Op-amp ierobežojumu un tā darbību, noklikšķinot uz saites.

Op-amp apgriešanas ieguvums

Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīti divi rezistori R2 un R1, kas ir sprieguma dalītāja atgriezeniskie rezistori, kurus izmanto kopā ar apgrieztu op-amp. R1 ir atgriezeniskās saites rezistors (Rf) un R2 ir ieejas rezistors (Rin). Ja mēs aprēķinām strāvu, kas plūst caur rezistoru, tad

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

Tā kā Dout ir dalītāja viduspunkts, mēs varam secināt

Kā mēs aprakstījām iepriekš, virtuālās zemes vai tā paša mezgla summēšanas punkta dēļ atgriezeniskās saites spriegums ir 0, Dout = 0. Tātad,

Tātad, apgrieztā pastiprinātāja formula slēgtās cilpas pieaugumam būs

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

Tātad, izmantojot šo formulu, mēs iegūstam jebkuru no četriem mainīgajiem, kad ir pieejami pārējie trīs mainīgie. Op-amp Gain kalkulatoru var izmantot, lai aprēķinātu apgrieztā op-amp pastiprinājumu.

Kā mēs varam redzēt negatīvu zīmi formulā, izeja būs 180 grādi ārpus fāzes, atšķirībā no ieejas signāla fāzes.

Praktiskais pastiprinātāja apgriešanas piemērs

Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīta op-amp konfigurācija, kur divi atgriezeniskās saites rezistori nodrošina nepieciešamo atgriezenisko saiti op-amp. Rezistors R2, kas ir ieejas rezistors, un R1 ir atgriezeniskās saites rezistors. Ieejas rezistora R2, kura pretestības vērtība ir 1K omi, un atgriezeniskās saites rezistora R1 pretestības vērtība ir 10k omi. Mēs aprēķināsim op-amp apgriezto pastiprinājumu. Atgriezeniskā saite tiek sniegta negatīvajā spailē, un pozitīvā spaile ir savienota ar zemi.

Formula op-amp ķēdes pastiprinājuma invertēšanai-

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

Iepriekš minētajā ķēdē Rf = R1 = 10k un Rin = R2 = 1k

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

Tātad pieaugums būs -10 reizes, un izeja būs 180 grādu ārpus fāzes.

Tagad, ja mēs palielināsim op-amp pastiprinājumu līdz -20 reizes, kāda būs atgriezeniskās saites rezistora vērtība, ja ieejas rezistors būs vienāds? Tātad, Gain = -20 un Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Tātad, ja mēs palielinām 10k vērtību līdz 20k, op-amp ieguvums būs -20 reizes.

Mēs varam palielināt op-amp pastiprinājumu, mainot rezistoru attiecību, tomēr nav ieteicams izmantot zemāku pretestību kā Rin vai R2. Tā kā pretestības zemākā vērtība samazina ieejas pretestību un rada ieejas signāla slodzi. Parasti ieejas rezistoram tiek izmantota vērtība no 4,7k līdz 10k.

Ja nepieciešams liels pieaugums un mums jānodrošina augsta pretestība ievadā, mums jāpalielina atgriezeniskās saites rezistoru vērtība. Bet arī nav ieteicams izmantot ļoti vērtīgu rezistoru visā Rf. Augstāks atgriezeniskās saites rezistors nodrošina nestabilu pieauguma rezervi un nevar būt reāla izvēle ierobežota joslas platuma darbībām. Tipiskā vērtība 100k vai nedaudz lielāka par to, kas tiek izmantota atgriezeniskās saites rezistorā.

Mums arī jāpārbauda op-amp ķēdes joslas platums, lai nodrošinātu drošu darbību ar lielu pieaugumu.

Apkopojot pastiprinātāju vai Op pastiprinātāja ķēdi

Apgriezto op-amp var izmantot dažādās vietās, piemēram, kā Op amp Summing Amplifier. Viens svarīgs apgrieztā op-amp pielietojums ir summējošais pastiprinātājs vai virtuālais zemes maisītājs.

Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīts virtuālais zemes maisītājs vai summēšanas pastiprinātājs, kur apgriezts op-amp sajauc vairākus dažādus signālus visā tā invertējošajā spailē. Apgrieztā pastiprinātāja ieeja praktiski ir zemes potenciāls, kas nodrošina lielisku ar mikseri saistītu lietojumu ar audio miksēšanu saistītā darbā.

Kā redzam, negatīvajā spailē tiek pievienoti dažādi signāli, izmantojot dažādus ieejas rezistorus. Dažādu pievienojamo signālu ieeju skaitam nav ierobežojumu. Katra atšķirīgā signāla porta pastiprinājumu nosaka atgriezeniskā rezistora R2 un konkrētā kanāla ieejas rezistora attiecība.

Uzziniet arī vairāk par op-amp lietojumprogrammām, ievērojot dažādas uz op-amp balstītas shēmas. Šī apgrieztā op-amp konfigurācija tiek izmantota arī dažādos filtros, piemēram, aktīvajā zemfrekvences vai aktīvajā augstfrekvences filtrā.

Trans-impedances pastiprinātāja ķēde

Vēl viens Op amp invertējošā pastiprinātāja pielietojums ir pastiprinātāja izmantošana kā Trans-Impedance Amplifier.

Šādā ķēdē op-amp pārveido ļoti zemu ieejas strāvu attiecīgajā izejas spriegumā. Tātad, Trans-Impedance pastiprinātājs pārveido strāvu spriegumā.

Tas var pārveidot strāvu no fotodiodes, akselerometriem vai citiem sensoriem, kas rada zemu strāvu, un, izmantojot trans-pretestības pastiprinātāju, strāvu var pārveidot par spriegumu.

Iepriekš redzamajā attēlā apgriezts op-amp, ko izmanto, lai izveidotu trans-impedances pastiprinātāju, kas pārveido strāvu, kas iegūta no fotodiodes, spriegumā. Pastiprinātājs nodrošina mazu fotodiodes pretestību un rada izolāciju no op-amp izejas sprieguma.

Iepriekš minētajā ķēdē tiek izmantots tikai viens atgriezeniskās saites rezistors. R1 ir augstas vērtības atgriezeniskais rezistors. Mēs varam mainīt pastiprinājumu, mainot šī R1 rezistora vērtību. Lielajam op-amp pastiprinājumam tiek izmantots stabils stāvoklis, kad fotodiode strāva ir vienāda ar atgriezeniskās saites strāvu caur rezistoru R1.

Tā kā mēs nenodrošinām nekādu ārēju novirzi pa fotodiodi, fotodiodes ieejas nobīdes spriegums ir ļoti zems, kas rada lielu sprieguma pieaugumu bez izejas nobīdes sprieguma. Fotodiodes strāva tiks pārveidota par augstu izejas spriegumu.

Citas op-amp apgriešanas lietojumprogrammas ir -

Fāzes pārslēdzējs
Integrators
Ar signālu balansēšanu saistītos darbos
Lineārais RF mikseris
Dažādi sensori izejai izmanto apgriezto op-amp.