Operatiivisen vahvistimen kääntäminen

Op-Amp (Operatiivinen vahvistin) on analogisen elektroniikan selkäranka. Operatiivinen vahvistin on DC-kytketty elektroninen komponentti, joka vahvistaa jännitettä differentiaalitulosta vastuksen palautetta käyttämällä. Op-vahvistimet ovat suosittuja monipuolisuudestaan, koska ne voidaan konfiguroida monin tavoin ja niitä voidaan käyttää eri puolilla. Op-amp-piiri koostuu muutamasta muuttujasta, kuten kaistanleveys, tulo- ja lähtöimpedanssi, vahvistusmarginaali jne. Eri op-vahvistinten luokassa on erilaiset spesifikaatiot muuttujien mukaan. Eri integroitujen piirien (IC) paketeissa on paljon op-vahvistimia, joissakin op-vahvistimissa on kaksi tai useampia op-vahvistimia yhdessä paketissa. LM358, LM741, LM386 ovat joitain yleisesti käytettyjä Op-amp IC: itä. Voit oppia lisää Op-vahvistimista seuraamalla Op-amp-piirit -osiosta.

Op-vahvistimessa on kaksi differentiaalitulotappia ja ulostulotappi sekä tehonastat. Nämä kaksi differentiaalitulotappia ovat käänteinen tappi tai negatiivinen ja ei-käänteinen tappi tai positiivinen. Op-vahvistin vahvistaa tämän kahden tuloliittimen välisen jännite-eron ja antaa vahvistetun lähdön sen Vout- tai ulostulotapin poikki.

Tulotyypistä riippuen op-amp voidaan luokitella käänteisvahvistimeksi tai ei-käänteiseksi vahvistimeksi. Aiemmassa ei-käänteisessä op-amp-opetusohjelmassa olemme nähneet, kuinka vahvistinta käytetään ei-käänteisessä kokoonpanossa. Tässä opetusohjelmassa opimme käyttämään op-ampia käänteisessä kokoonpanossa.

Operatiivisen vahvistimen kokoonpanon kääntäminen

Sitä kutsutaan käänteisvahvistimeksi, koska op-vahvistin muuttaa lähtösignaalin vaihekulmaa täsmälleen 180 astetta vaiheen ulkopuolella tulosignaaliin nähden. Samoin kuin aiemmin, käytämme kahta ulkoista vastusta takaisinkytkentäpiirin luomiseen ja suljetun piirin muodostamiseen vahvistimen yli.

Ei-käänteisessä kokoonpanossa annoimme positiivista palautetta vahvistimen yli, mutta käänteiseksi kokoonpanoksi tuotamme negatiivista palautetta op-amp-piirin yli.

Katsotaanpa yhteyskaavio op-amp-kokoonpanon kääntämiseksi

Edellä olevassa käänteisessä op-vahvistimessa voimme nähdä, että R1 ja R2 tarjoavat tarvittavaa palautetta op-amp-piirin yli. R2 Vastus on signaalitulo vastus, ja R1 vastus on palaute vastus. Tämä takaisinkytkentäpiiri pakottaa differentiaalisen tulojännitteen lähes nollaan.

Palaute on kytketty op-amp: n negatiivisen navan ja positiivinen napa maan yli. Jännitepotentiaali invertoivan tulon poikki on sama kuin ei-invertoivan tulon jännitepotentiaali. Joten ei-invertoivan tulon yli luodaan Virtual Earth -yhteenvetopiste, joka on samassa potentiaalissa kuin maa tai Earth. Op-vahvistin toimii differentiaalivahvistimena.

Joten, käänteisen op-amp: n tapauksessa sisääntuloliittimeen ei virtaa, myös tulojännite on yhtä suuri kuin kahden vastuksen takaisinkytkentäjännite, koska ne molemmat ovat yhteisiä virtuaalisia maalähteitä. Virtuaalisen maadoituksen vuoksi op-vahvistimen tulovastus on yhtä suuri kuin op-vahvistimen tulovastus, joka on R2. Tällä R2: lla on suhde suljetun silmukan vahvistukseen ja vahvistus voidaan asettaa palautteena käytettyjen ulkoisten vastusten suhteella.

Koska tuloliittimessä ei ole virtaa ja tulojännite-ero on nolla, voimme laskea op-vahvistimen suljetun silmukan vahvistuksen. Lue lisää Op-amp-rajoituksesta ja sen toiminnasta seuraamalla linkkiä.

Op-amp: n kääntämisen voitto

Yllä olevassa kuvassa on esitetty kaksi vastusta R2 ja R1, jotka ovat jännitteenjakajan takaisinkytkentävastuksia, joita käytetään käänteisen op-vahvistimen kanssa. R1 on takaisinkytkentävastus (Rf) ja R2 on tulovastus (Rin). Jos laskemme vastuksen läpi virtaavan virran,

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

Koska Dout on jakajan keskipiste, voimme päätellä

Kuten aiemmin kuvasimme, takaisinkytkentäjännite on virtuaalisen maan tai saman solmun summauspisteen takia 0, Dout = 0. Joten,

Joten käänteisen vahvistimen kaava suljetun silmukan vahvistukselle on

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

Joten tästä kaavasta saamme minkä tahansa neljästä muuttujasta, kun muut kolme muuttujaa ovat käytettävissä. Op-amp Gain -laskuria voidaan käyttää käänteisen op-amp: n vahvistuksen laskemiseen.

Kuten voimme nähdä negatiivisen merkin kaavassa, lähtö on 180 astetta vaiheesta poiketen tulosignaalin vaiheesta.

Käytännön esimerkki käänteisvahvistimesta

Yllä olevassa kuvassa näytetään op-amp-kokoonpano, jossa kaksi takaisinkytkentävastusta antaa tarvittavaa palautetta op-vahvistimessa. Vastus R2, joka on tulovastus, ja R1 on takaisinkytkentävastus. Tulovastuksen R2, jonka vastusarvo on 1K ohmia, ja takaisinkytkentävastuksen R1 vastusarvo on 10k ohmia. Laskemme op-vahvistimen käänteisen vahvistuksen. Takaisinkytkentä saadaan negatiiviseen liittimeen ja positiivinen napa kytketään maahan.

Kaava op-amp-piirin vahvistuksen kääntämiseksi

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

Edellä olevassa piirissä Rf = R1 = 10k ja Rin = R2 = 1k

Joten voitto (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Vahvistus (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

Joten voitto on -10 kertaa ja lähtö on 180 astetta vaiheen ulkopuolella.

Jos nyt kasvatamme op-amp: n vahvistuksen -20-kertaiseksi, mikä on takaisinkytkentävastuksen arvo, jos tulovastus on sama? Niin, Vahvistus = -20 ja Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Joten jos kasvatamme 10k-arvon 20k: ksi, op-vahvistimen vahvistus on -20 kertaa.

Voimme lisätä op-vahvistimen vahvistusta muuttamalla vastusten suhdetta, mutta ei ole suositeltavaa käyttää pienempää vastusta Rin tai R2. Koska vastuksen alempi arvo laskee tuloimpedanssia ja luo kuorman tulosignaalille. On tyypillisissä tapauksissa arvo 4.7k 10k käytetään tulo vastus.

Kun suuri vahvistus vaatii ja meidän on varmistettava korkea impedanssi sisääntulossa, meidän on kasvatettava takaisinkytkentävastusten arvoa. Mutta ei ole myöskään suositeltavaa käyttää erittäin arvokasta vastusta Rf: n poikki. Suurempi takaisinkytkentävastus tarjoaa epävakaan vahvistusmarginaalin, eikä se voi olla käyttökelpoinen valinta rajoitetun kaistanleveyden toimintaan. Tyypillinen arvo 100k tai vähän enemmän kuin sitä käytetään takaisinkytkentävastuksessa.

Meidän on myös tarkistettava op-amp-piirin kaistanleveys luotettavan toiminnan kannalta suurella vahvistuksella.

Yhteenvetovahvistin tai Op Amp -lisäpiiri

Käänteistä op-vahvistinta voidaan käyttää useissa paikoissa, kuten Op-vahvistimen summaten vahvistinta. Yksi tärkeä käänteisen op-amp: n sovellus on vahvistin tai virtuaalimaadoitin.

Yllä olevassa kuvassa näytetään virtuaalinen maasekoitin tai summausvahvistin, jossa käänteinen op-vahvistin sekoittaa useita eri signaaleja sen käänteisen päätteen poikki. Käänteisvahvistimien tulo on käytännössä maapotentiaalissa, mikä tarjoaa erinomaisen mikseriin liittyvän sovelluksen äänen miksaukseen liittyvässä työssä.

Kuten voimme nähdä, erilaiset signaalit lisätään yhteen negatiivisen liittimen yli käyttämällä erilaisia ​​tulovastuksia. Eri lisättävien signaalitulojen lukumäärälle ei ole rajoituksia. Kunkin eri signaaliportin vahvistus määräytyy takaisinkytkentävastuksen R2 ja tietyn kanavan tulovastuksen suhteen avulla.

Opi myös lisää op-amp: n sovelluksista seuraamalla erilaisia ​​op-amp-pohjaisia ​​piirejä. Tätä käänteistä op-amp-konfiguraatiota käytetään myös erilaisissa suodattimissa, kuten aktiivisessa alipäästösuodattimessa tai aktiivisessa ylipäästösuodattimessa.

Trans-impedanssivahvistinpiiri

Toinen Op-vahvistimen käänteisvahvistimen käyttö on vahvistimen käyttäminen trans-impedanssivahvistimena.

Tällaisessa piirissä op-amp muuntaa hyvin matalan tulovirran vastaavaksi lähtöjännitteeksi. Joten, trans-impedanssivahvistin muuntaa virran jännitteeksi.

Se voi muuntaa virran fotodiodista, kiihtyvyysmittareista tai muista antureista, jotka tuottavat matalaa virtaa, ja käyttämällä trans-impedanssivahvistinta virta voidaan muuntaa jännitteeksi.

Yllä olevassa kuvassa käännetty op-amp, jota käytettiin trans-impedanssivahvistimen valmistamiseen, joka muuntaa valodiodista johdetun virran jännitteeksi. Vahvistin tarjoaa matalan impedanssin valodiodin poikki ja luo eristyksen op-amp-lähtöjännitteestä.

Yllä olevassa piirissä käytetään vain yhtä takaisinkytkentävastusta. R1 on arvokas takaisinkytkentävastus. Voimme muuttaa vahvistusta muuttamalla tämän R1-vastuksen arvoa. Op-vahvistimen suuri vahvistus käyttää vakaa tila, jossa fotodiodivirta on yhtä suuri kuin vastuksen R1 kautta kulkeva takaisinkytkentävirta.

Koska emme tarjoa mitään ulkoista esijännitettä valodiodin poikki, fotodiodin tulonsiirtojännite on hyvin pieni, mikä tuottaa suurta jännitevahvistusta ilman lähtöpoikkeaman jännitettä. Valodiodin virta muunnetaan suureksi lähtöjännitteeksi.

Muita käänteisen op-vahvistimen sovelluksia ovat -

1. Vaihekytkin
2. Integraattori
3. Signaalien tasapainottamiseen liittyvissä töissä
4. Lineaarinen RF-sekoitin
5. Erilaiset anturit käyttävät lähtöön käänteistä op-vahvistinta.