Инвертирующий вход. Операционные усилители: инвертирующий усилитель и его применение

Основные элементы схемы:

• R1 — входной резистор
• R2 — резистор обратной связи
• ОУ — операционный усилитель

Принцип работы инвертирующего усилителя

Принцип работы инвертирующего усилителя основан на действии отрицательной обратной связи. Рассмотрим основные этапы:

1. На вход подается сигнал Vin
2. Ток через R1 создает падение напряжения на инвертирующем входе ОУ
3. ОУ усиливает разность напряжений между входами
4. Выходное напряжение через R2 возвращается на вход, компенсируя входной сигнал
5. Устанавливается равновесие, при котором на инвертирующем входе поддерживается потенциал близкий к нулю

В результате выходное напряжение оказывается инвертированным и усиленным относительно входного:

Vout = -(R2/R1) * Vin

Понятие виртуальной земли в инвертирующем усилителе

Важным понятием при анализе работы инвертирующего усилителя является виртуальная земля. Что это такое?

Виртуальная земля — это точка схемы, которая имеет потенциал, близкий к нулю, но не соединена с землей напрямую. В инвертирующем усилителе виртуальной землей является инвертирующий вход ОУ.

Почему инвертирующий вход можно считать виртуальной землей?

• Напряжение на нем близко к нулю из-за действия ООС
• Через него не протекает входной ток (высокое входное сопротивление ОУ)
• Он не соединен с землей напрямую

Понятие виртуальной земли позволяет упростить анализ работы схемы.

Преимущества инвертирующего усилителя

Использование инвертирующего усилителя дает ряд важных преимуществ:

• Стабильный и точно задаваемый коэффициент усиления
• Широкая полоса пропускания
• Низкий уровень шумов и искажений
• Высокое входное сопротивление
• Низкое выходное сопротивление
• Возможность суммирования нескольких входных сигналов

Эти преимущества обусловлены использованием глубокой отрицательной обратной связи в схеме инвертирующего усилителя.

Практическое применение инвертирующих усилителей

Инвертирующие усилители нашли широкое применение в различных областях электроники и измерительной техники:

• Усилители звуковых сигналов
• Измерительные усилители
• Преобразователи ток-напряжение
• Активные фильтры
• Интеграторы и дифференциаторы
• Сумматоры аналоговых сигналов

Например, инвертирующий усилитель часто используется в качестве входного каскада в аудиотехнике для усиления сигнала с микрофона или звукоснимателя.

Расчет параметров инвертирующего усилителя

При проектировании инвертирующего усилителя необходимо правильно рассчитать номиналы резисторов для получения требуемого коэффициента усиления. Основные формулы для расчета:

• Коэффициент усиления: K = -R2/R1
• Входное сопротивление: Rвх = R1
• Выходное сопротивление: Rвых = R2/(1+K)

При выборе номиналов следует учитывать:

• Требуемый коэффициент усиления
• Входное сопротивление источника сигнала
• Нагрузочную способность ОУ
• Частотные свойства схемы

Правильный расчет параметров позволяет получить оптимальные характеристики усилителя.

Частотные свойства инвертирующего усилителя

Частотные свойства инвертирующего усилителя определяются следующими факторами:

• Полоса пропускания используемого ОУ
• Паразитные емкости схемы
• Номиналы резисторов R1 и R2

Для расширения полосы пропускания применяются следующие методы:

• Использование быстродействующих ОУ
• Оптимизация топологии печатной платы
• Применение частотной коррекции

При необходимости работы на высоких частотах следует тщательно учитывать частотные свойства схемы.

Особенности практической реализации инвертирующих усилителей

• Выбор ОУ с подходящими параметрами (быстродействие, входной ток, напряжение смещения)
• Использование качественных резисторов с малым ТКС
• Правильная развязка по питанию ОУ
• Экранирование чувствительных цепей
• Оптимальная компоновка элементов на печатной плате

Внимательный подход к реализации схемы позволяет получить усилитель с характеристиками, близкими к теоретическим.

Инвертирующий и неинвертирующий вход

Принцип работы неинвертирующих усилителей схож с принципом работы инвертирующих усилителей. Оба типа усилителей могут быть модифицированы таким образом, чтобы получить почти любой коэффициент усиления, в пределах конструктивных характеристик операционного усилителя. Тем не менее, между этими двумя типами усилительных схем имеются существенные различия. В неинвертирующем усилителе входное напряжение подается на неинвертирующий вход и, в результате, и входное и выходное напряжения всегда имеют одинаковую полярность. К тому же, инвертирующий входной зажим заземлен, и поэтому напряжение, подаваемое на него, составляет 0 В.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

Содержание:

• Primary Menu
• Операционный усилитель для чайников
• Инвертирующий усилитель на ОУ. Принцип работы
• 8.4. Применение операционных усилителей
• Операционные усилители. Виды и работа. Питание и особенности
• Основные схемы включения ОУ

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Начинающим Операционные усилители 2

Primary Menu

Если к неинвертирующему входу ОУ в схеме рис. В ОУ ТОС неинвертирующий вход является высокоомным входом, а инвертирующий вход — низкоомным, благодаря чему шунтируется паразитная емкость инвертирующего входа. Кроме того, сигнал обратной связи поступает на эмиттеры транзисторов а не на базы как у ОУ ОСИ , что уменьшает задержку сигнала обратной связи. Все это позволяет минимизировать фазовый сдвиг в петле обратной связи и получить большую полосу пропускания Af при сохранении устойчивой работы.

Такие ОУ имеют слабую зависимость Af от коэффициента усиления, возможность работы с большими емкостными нагрузками. Выходные токи превосходят в несколько раз токи стандартных ОУ, что упрощает проектирование быстродействующих схем, нагружаемых на низ-коомные линии или устройства с большими Свх. Недостатками ОУ ТОС являются большая разность входных токов из-за несимметричных входов, большой ток покоя.

Ом включается на неинвертирующий вход 8 интегрирующего усилителя. Схема работает следующим образом. ОУ, а неинвертирующий вход подключен к нулевому потенциалу. Большое входное сопротивление неинвертирующего входа остается постоянным у обоих усилителей, и это, кроме большого подавления суммарного сигнала, является главным преимуществом схемы, причем усиление всей схемы можно менять изменением сопротивления только одного резистора R.

Для того чтобы большой коэффициент подавления суммарного сигнала остался постоянным, необходимо, чтобы резисторы с одинаковыми индексами имели одинаковые сопротивления. Если напряжение на неинвертирующем входе А1 больше, чем на инвертирующем, то на выходе этого ОУ устанавливается высокий потенциал, диод VD2 закрывается и А1 не влияет на работу регулятора. Часто сигнал подают на неинвертирующий вход , а через инвертирующий вход ОУ охватывают глубокой ОС. При подаче сигнала на неинвертирующий вход АХ имеет вид кривой АВ рис.

Линейный участок АХ сверху и снизу практически ограничен напряжениями источников питания положительной и отрицательной полярностей. Диоды VD1 и VD2 служат для стабилизации амплитуды выходного сигнала, а также снижения нелинейных искажений и работают следующим образом.

Переменный резистор R1 служит для регулирования амплитуды выходного сигнала. Необходимость в подключении к неинвертирующему входу ОУ резистора с сопротивлением, равным сопротивлению параллельно соединенных х и R2, будет объяснена в четвертой главе. Сопротивление балластного резистора выбирается таким, чтобы обеспечить ток через стабилитрон, рекомендуемый в его паспорте; источник Е0 чаще всего также хорошо стабилизируется. Назначение выводов: У — неинвертирующий вход ; 2-выход; 3-источник опорного напряжения; 4 — напряжение питания; 5 — коллектор р-п — р транзистора; 6 — коллектор п-р — п транзистора; 7 — общий; 8 — инвертирующий вход.

Неинвертирующий вход Cтраница 2. Поделиться ссылкой:. Принципиальная схема интегрирующего преобразователя сопротивление — частота.

Операционный усилитель для чайников

Сайт www. Книги периодически редактируются. Операционные усилители. Перечень условных обозначений, символов, единиц и терминов. Список использованных источников.

где V+ — напряжение на неинвертирующем (прямом) входе, V- — напряжение на инвертирующем (инверсном) входе, и AOL — коэффициент усиления.

Инвертирующий усилитель на ОУ. Принцип работы

Прошлая статья открыла цикл статей про строительные кирпичики современной аналоговой электроники — операционные усилители. Было дано определение ОУ и некоторые параметры, также приведена классификация операционных усилителей. Данная статья раскроет такое понятие как идеальный операционный усилитель, и будут приведены основные схемы включения операционного усилителя. Так как наш мир не является идеальным, так и идеальных операционных усилителей не существует. Однако параметры современных ОУ находятся на достаточно высоком уровне, поэтому анализ схем с идеальными ОУ даёт результаты, очень близкие к реальным усилителям. Для понимания работы схем с операционными усилителями вводится ряд допущений, которые приводят реальные операционные усилители к идеальным усилителям. Таких допущений всего пять:. Близость параметров реального операционного усилителя к идеальным определяет точность, с которой может работать данный ОУ, а также выяснить ценность конкретного операционного усилителя, быстро и правильно сделать выбор подходящего ОУ. Исходя из вышеописанных допущений, появляется возможность проанализировать и вывести соотношения для основных схем включения операционного усилителя. Как указывалось в предыдущей статье, операционные усилители работают только с обратными связями, от вида которой зависит, работает ли операционный усилитель в линейном режиме или в режиме насыщения.

8.4. Применение операционных усилителей

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Операционные усилители на основе простейших примеров : часть 1 Электроника для начинающих Из песочницы Tutorial В курсе электроники есть много важных тем.

Дорога в десять тысяч ли начинается с первого шага.

Операционные усилители. Виды и работа. Питание и особенности

Кнопки для вызова виртуальных инструментов Unitrain в связи с использованием VBScript срабатывают только в браузере Internet Explorer! Лабораторная работа. Цель работы: Исследовать работу следующих схем на базе ОУ:. Инвертирующий усилитель и неинвертирующий усилитель. Компаратор и триггер Шмидта. Операционные усилители ОУ являются основной частью всей современной электронной измерительной аппаратуры.

Основные схемы включения ОУ

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Операционные усилители являются одними из основных компонентов в современных аналоговых электронных устройствах. Благодаря простоте расчетов и отличным параметрам, операционные усилители легки в применении. Их также называют дифференциальными усилителями, так как они способны усилить разность входных напряжений. Особенно популярно использование операционных усилителей в звуковой технике, для усиления звучания музыкальных колонок. Из корпуса усилителя обычно выходят пять выводов, из которых два вывода — входы, один — выход, остальные два — питание.

Если подаватьсигнал на неинвертирующий вход — на выходе появляетсяттакой же, но усиленный (то есть растёт, когда увеличивается на входе и т. п.

Еще один способ включения обратной связи состоит в том, что неинвертирующий вход операционного усилителя заземляется, а входной сигнал подается так, как показано на рис. Исследуя работу схемы для случая идеального ОУ можно определить её выходное напряжение [2]:. Знак минус в формуле означает, что фаза выходного напряжения противоположна фазе входного напряжения.

Практикум посвящен изучению микросхемы операционного усилителя ОУ , ее основных параметров и схем с ОУ, охваченных ОС, среди которых инвертирующий, неинвертирующий и дифференциальный усилители, суммирующая схема, интегратор и дифференциатор напряжения, активный полосовой фильтр, однопороговый и гистерезисный компараторы. В работе использован материал курсов «Теоретические основы радиоэлектроники», «Физические основы микроэлектроники», «Теоретические основы электротехники» разработка содержит 28 рисунков, поясняющих способы применения операционных усилителей. Практикум предназначен для студентов ННГУ, обучающихся по направлениям подготовки: «Электроника и наноэлектроника» и «Нанотехнологии и микросистемная техника». Расширенный поиск. Голосов: 0. Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.

Операционный усилитель является базовым элементом устройств аналоговой обработки сигналов и применяется в самых разнообразных схемах.

Инвертирующий усилитель является одним из самых простых и наиболее часто используемых аналоговых схем. С помощью всего двух резисторов, мы можем выставить необходимый нам коэффициент усиления. Ничего не мешает нам сделать коэффициент менее 1, тем самым ослабив входной сигнал. Часто к схеме добавляют еще один резистор R3, сопротивление которого равно сумме R1 и R2. Чтобы понять, как работает инвертирующий усилитель, смоделируем простую схему.

Усилители переменною тока Добрый вечер, выполняю лабораторную работу по усилителям. Если не сложно, помогите разобраться в Неинвертирующий усилитель, подбор сопротивлений КУ Подскажите пожалуйста, есть ли какие правила хорошего тона при выборе номиналов резисторов, которые

Инвертирующий усилитель на ОУ.

Инвертирующий усилитель является одним из самых простых и наиболее часто используемых аналоговых схем. С помощью всего двух резисторов, мы можем выставить необходимый нам коэффициент усиления. Ничего не мешает нам сделать коэффициент менее 1, тем самым ослабив входной сигнал.

Часто к схеме добавляют еще один резистор R3, сопротивление которого равно сумме R1 и R2.

Чтобы понять, как работает инвертирующий усилитель, смоделируем простую схему. У нас на входе напряжение 4В, сопротивление резисторов составляет R1=1к и R2=2к. Можно было бы, конечно, подставить все это в формулу и сразу вычислить результат, но давайте посмотрим, как именно работает эта схема.

Начнем с напоминания основных принципов работы операционного усилителя:

Правило №1 — операционный усилитель оказывает воздействие своим выходом на вход через ООС (отрицательная обратная связь), в результате чего напряжения на обоих входах, как на инвертирующем (-), так и на неинвертирующем (+) выравнивается.

Обратите внимание, что неинвертирующий вход (+) соединен с массой, то есть на нем напряжение равное 0В. В соответствии с правилом №1 на инвертирующем входе (-) так же должно быть 0В.

Итак, мы знаем напряжение, находящееся на выводах резистора R1 и его сопротивление 1к. Таким образом, с помощью закона Ома мы можем выполнить расчет, и рассчитать, какой ток течет через резистор R1:

I_R1 = U_R1/R1 = (4В-0В)/1к = 4мА.

Инвертор 12 В/ 220 В

Инвертор с чистой синусоидой, может обеспечивать питание переменно…

Подробнее

Чтобы знать, куда дальше течет этот ток, мы должны знать еще принцип действия усилителя:

Правило №2 — входы усилителя не потребляют ток

Таким образом, ток, протекающий через R1, течет далее через R2!

Снова воспользуемся законом Ома и вычислим, какое падение напряжения происходит на резисторе R2. Мы знаем его сопротивление и знаем какой ток через него, следовательно:

U_R2 = I_R2R2 = 4мА *2к = 8В.

Получается, что на выходе мы имеем 8В? Не совсем так. Напомню, что это инвертирующий усилитель, т. е. если на вход мы подаем положительное напряжение, а на выходе снимаем отрицательное. Как же это происходит?

Это происходит вследствие того, что обратная связь установлена на инвертирующем входе (-), и для уравнивания напряжений на входе усилитель снижает потенциал на выходе. Соединения резисторов можно рассмотреть как простой делитель напряжения, поэтому чтобы потенциал в точке их соединения был равен нулю, на выходе должно быть минус 8 вольт: Uвых. = -(R2/R1)*Uвх.

Есть еще один подвох, связанный с 3 правилом:

Правило №3 — напряжения на входах и выходе должны быть в диапазоне между положительным и отрицательным напряжением питания ОУ.

То есть нужно проверить, что рассчитанные нами напряжения можно реально получить через усилитель. Часто начинающие думают, что усилитель работает как источник свободной энергии и вырабатывает напряжение из ничего. Но надо помнить, что для работы усилителя также нужно питание.
Классические усилители работают от напряжения -15В и +15В. В такой ситуации наши -8В, которые мы рассчитали, являются реальным напряжением, так как находится в этом диапазоне.

Однако современные усилители часто работают с напряжением 5В и ниже. В такой ситуации нет никаких шансов, чтобы усилитель выдал нам минус 8В на выходе. Поэтому, при проектировании схем всегда помните, что теоретические расчеты всегда нужно подкреплять реальностью и физическими возможностями.

Необходимо отметить, что инвертирующий усилитель имеет один недостаток. Мы уже знаем, что повторитель напряжения не нагружает источник сигнала, поскольку входы усилителя имеют очень большое сопротивление, и потребляют ток так мало, что в большинстве случаев его можно игнорировать (правило №2).

Инвертирующий же усилитель имеет входное сопротивление равное сопротивлению резистора R1, на практике оно составляет от 1к…1М. Для сравнения, усилитель с входами на полевых транзисторах имеет сопротивление порядка сотен мегаом и даже гигаом! Поэтому иногда может быть целесообразно перед усилителем установить повторитель напряжения.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Инвертирующий усилитель и схема работы

Содержание

1

Конфигурация операционного усилителя с обратной связью, в которой входной сигнал подается на инвертирующий вход, называется инвертирующим усилителем (помните, термин замкнутая система означает соединение выхода с входом через цепь обратной связи) Другими словами, инвертирующий усилитель представляет собой замкнутую цепь операционного усилителя, от которого поступает отрицательный коэффициент усиления и который детектируется через внешний резистор. Как следует из названия усилителя, когда на его инвертирующий вход подается сигнал, через его выход поступает усиленный сигнал с инвертированной полярностью (т. напряжение и входное напряжение взаимно сдвинуты по фазе на 180˚, поэтому такой усилитель известен как инвертированный усилитель. Инвертирующий усилитель является основной схемой операционного усилителя, в которой кумулятивный коэффициент усиления по напряжению усиливается за счет применения отрицательной обратной связи. коэффициент усиления по напряжению без обратной связи (A _OL ) слишком велико (т.е. даже выше 200 000), поэтому его применение без обратной связи достаточно неустойчиво. Следовательно, кумулятивный коэффициент усиления по напряжению необходимо усилить за счет применения отрицательной обратной связи. Поэтому инвертирующий усилитель также известен как отрицательный скаляр.

Рисунок 8.46 – инвертирующий усилитель

На рисунке 8.46 показан инвертирующий усилитель. Как видно из рисунка, часть выходного сигнала усилителей была обеспечена обратной связью через инвертирующее входное сопротивление R ₂ . Однако входной сигнал также подавался на инвертирующий вход через сопротивление R ₁ , тогда как неинвертирующий вход обычно заземлен. Помните, что выходной сигнал принимается между выходной клеммой и землей операционного усилителя.

Для понимания механизма инвертирующего усилителя изучите схему, показанную на рис. 8.47. Предположим, что начальное значение V _в равно нулю. Поскольку в такой ситуации между обеими входными клеммами не существует разности потенциалов, выход также равен нулю.

Рисунок 8.47- Работа инвертирующего усилителя

Теперь, если Vin постепенно увеличивать до +1В, в такой ситуации на входе начинает поступать 1В. Однако выход операционного усилителя пытается удерживать инвертирующий вход на нуле (помните, что потенциал неинвертирующего входа также равен нулю). В случае удачной попытки падение напряжения параллельно R ₁ составит 1 вольт, полярность которого показана на рисунке. Через него проходит ток 1мА из-за наличия 1 вольта параллельно 1кОм. Поскольку ток не проникает на инвертирующий вход из-за высокого входного импеданса, то этот ток 1 мА логически должен быть получен через выход. Как Р ₁ и R ₂ взаимно расположены в ряд или взаимно сконфигурированы, поэтому ток, который проходит через R ₁ , должен проходить и через R ₂ . Таким образом, при прохождении тока 1 мА через R ₂ параллельно ему будет приниматься падение 10 В. Так как потенциал инвертирующего входа практически эквивалентен земле (т.е. ноль вольт), поэтому напряжения, получаемые параллельно R ₂ , совпадают с выходными напряжениями. Точно так же при подаче +1В на вход получается -10В на выходе. Таким образом, через выход усилителя поступает значение усиления -10 (отрицательный знак рядом с 10 отражает инверсию фазы). Помните, что выход операционных усилителей будет подавать ток 1 мА независимо от R ₂ значение. Если выбрано очень высокое значение R ₂ (или выбрано очень маленькое значение R ₁ ), выход будет насыщаться до достижения любого подходящего значения. Изменяя значение R ₂ , можно изменить выход для любого заданного входа, поэтому изменение значения R ₂ также приведет к изменению коэффициента усиления. Однако коэффициент усиления также можно изменить, изменив значение R ₁ . Отношения, построенные между R ₁ , R ₂ и коэффициент усиления следующий:

A _CL = R ₂ /R ₁

называется отрицательной обратной связью. Поскольку фаза напряжения на выходе отличается от его входного сигнала, поэтому сигнал обратной связи противостоит обратному сигналу и пытается вызвать снижение входного сигнала. Помимо улучшения характеристик усилителя, схема обратной связи также увеличивает коэффициент усиления по напряжению и уменьшает искажения. В результате достигается лучшая частотная характеристика. Кроме того, отрицательная обратная связь устраняет выходную ошибку, возникающую из-за входного тока смещения, входного тока смещения и входного напряжения смещения. На рис. 8.48 показан инвертирующий усилитель. Для упрощения схемы в ней не показаны напряжения питания. Согласно рисунку отрицательный вход операционного усилителя был соединен с V _в через R ₁ , в то время как его положительная клемма (т. е. неинвертирующая клемма) заземлена. Когда напряжение V _в подается на инвертирующую клемму усилителя или отрицательную входную клемму, инвертированная полярность или фазное напряжение V _вых принимается с его выхода относительно V _в . Вот почему такая схема называется инвертирующим усилителем. Входное напряжение В _в инвертируют входной сигнал через резистор R ₁ , с помощью которого инвертируют входное напряжение В ₂ получены. Эти входные напряжения усиливаются за счет усиления без обратной связи и создают инвертированное выходное напряжение. Эти выходные напряжения возвращаются обратно ИЛИ на вход через резистор R ₂ . Поскольку выход на 180 ˚ не совпадает по фазе с входом, поэтому вход обратной связи получает отрицательную обратную связь. Другими словами, на выходе всегда поступает инвертированный сигнал по отношению к его входу.

Рисунок 8.48 – инвертирующий усилитель

Каким образом эта отрицательная обратная связь может усиливать кумулятивный коэффициент усиления по напряжению? Это можно понять таким образом. Что, если коэффициент усиления по напряжению без обратной связи (A _OL ) повышается по какой-либо причине, выходное напряжение будет увеличиваться, и инвертирующий вход также будет иметь большую обратную связь. Эти инвертированные напряжения обратной связи, поступающие на вход, уменьшают V ₂ . Таким образом, V ₂ будет снижаться, несмотря на рост A _OL . И, таким образом, в конечном выпуске происходит очень небольшое увеличение по сравнению с увеличением выпуска без отрицательной обратной связи. Таким образом, общая величина повышения выходного напряжения настолько мала, что ею часто пренебрегают.

Когда напряжения на инвертирующем входе положительны, V _out начинает перемещаться в отрицательную сторону. Поскольку эти отрицательные обратные связи по напряжению подаются на инвертирующий вход через резистор R ₂ , то эти напряжения стремятся отменить изменения, происходящие в V _в . На самом деле, сигнал обратной связи не может полностью исключить входной сигнал, потому что, если такое явление станет возможным, мы не сможем получить никакого сигнала обратной связи. Однако, несмотря на это, сигнал обратной связи в значительной степени минимизирует влияние входного сигнала. Помните, что напряжения на инвертирующем входе операционных усилителей практически равны нулю, что бы ни происходило в V _в . Эту задачу выполняет напряжение обратной связи.

Виртуальное заземление – это такая точка на цепи, которая находится на потенциале земли (т.е. при нулевом напряжении), но не соединена с землей. На рис. 3.49 показаны три его примера. В любом состоянии точка А находится на нулевом вольте. Однако он изолирован от земли. Определение напряжения в точке А осуществляется через V ₁ , V ₂ и резистор R ₁ и Р ₂ . Если вольтметр установлен между точкой А и землей, вольтметр покажет нулевое значение, хотя точка А изолирована от земли. Аналогично, в случае усилителя V _i и V _out и резисторов R ₁ и R ₂ удерживают напряжение инвертирующего входа на нулевом уровне, как это видно из рисунка 8. 50. По этой причине инвертирующий вход операционного усилителя рассматривается как виртуальная земля.

Рисунок 8.49

Таким образом, узел с нулевым потенциалом по отношению к земле, хотя и не заземленный механически, называется виртуальной землей. В электронных схемах обычно используются два типа заземления. Первый тип называется механическим заземлением. В этом методе узел соединяется с землей практически проводом. Механическая земля замыкает узел на землю на всех частотах. Второй тип заземления известен как заземление переменного тока, которое обычно обозначается с помощью шунтирующего конденсатора. Поскольку емкостное сопротивление конденсатора низкое на высоких частотах, этот тип заземления работает только на высоких частотах. Помните, что оба типа заземления облегчают/передают ток от узла к земле.

Виртуальная земля отличается от двух типов земли, упомянутых выше. В этом типе грунта нет пути к земле от узла, несмотря на то, что потенциал этого узла остается нулевым. Помните, что виртуальная земля заземлена только по напряжению, но не по току, т. е. она работает как полуземля. На рис. 8.50 он обозначен пунктирными линиями. Анализ инвертирующего усилителя и связанной с ним схемы можно легко выполнить с помощью виртуального заземления.

Рисунок 8.50 – Концепция виртуальной земли: замкнута на напряжение, но разомкнута на ток

Концепция виртуальной земли зависит от идеального усилителя (т.е. для рассмотрения концепции виртуальной земли идеальным считается операционный усилитель) Когда операционный усилитель рассматривается как идеальный усилитель, в таких ситуация, когда коэффициент усиления по напряжению разомкнутого контура и входное сопротивление считаются бесконечными. Таким образом, следующие типичные характеристики могут быть получены от инвертирующего усилителя.

1). В качестве входного сопротивления (R _в ) бесконечно, поэтому i ₂ значение равно нулю

2). Поскольку усиление разомкнутого контура (A _OL ) бесконечно, поэтому значение V ₂ равно нулю

Поскольку значение i ₂ равно нулю (как видно из рисунка), поэтому ток, проходящий через резистор обратной связи (R ₂ ), равно вводу. Кроме того, поскольку значение V ₂ равно нулю, поэтому виртуальная земля, как показано на рисунке, означает, что инвертирующий вход работает как земля для напряжения, однако для тока он работает как разомкнутый (т. е. он не работает как заземление для тока). Таким образом, стало очевидным, что виртуальная земля имеет тенденцию быть исключительного типа. Он работает как половина земли из-за короткого замыкания на напряжение и размыкания по току. Вот почему на рисунке это показано пунктирными линиями между инвертирующим входом и землей. Смысл этих пунктирных линий в том, что ток не течет к земле.

На рис. 8.51 на инвертирующем входе показана виртуальная земля. В таком состоянии правый конец R ₁ является заземлением по напряжению. Таким образом, значение входного напряжения будет следующим:

В _в = i _в R ₁

Аналогично, левый конец R ₂ является заземлением напряжения, поэтому значение выходного напряжения будет как показано ниже:

В _вых = i _вх R ₂

Коэффициент усиления по напряжению получается путем деления V _из на V _из , что равно следующему простому уравнению.

V _OUT /V _в = I _в R ₂ /IIN R ₁ = A _CL = R ₂ /R ₁

Здесь _CL усиление замкнутого контура. Из-за отрицательной обратной связи усиление замкнутого контура (A _CL ) всегда меньше, чем усиление разомкнутого контура (A _OL ). Таким образом, коэффициент усиления обратной связи равен взаимному отношению между сопротивлением обратной связи R ₂ и входное сопротивление R ₁ . Например, если R ₁ = 1 кОм и R ₂ = 50 кОм, значение усиления замкнутого контура будет равно 50. Из-за сильной отрицательной обратной связи этот коэффициент усиления замкнутого контура имеет тенденцию быть достаточно стабильным. Если A _OL изменяется в результате некоторого изменения температуры, то происходят изменения в напряжении питания, благодаря чему значение A _CL все равно остается ближе к 50.

Рисунок 8.51 – инвертирующие усилители имеют одинаковый ток через оба резистора

Другими словами, ток протекает через R ₁ посредством входного сигнала V _i . Так как напряжение операционного усилителя на инвертирующем входе стремится к нулю, то V _i должно полностью упасть на R ₁ , в результате входной ток iin будет равен:

I _in = V _i / R ₁ … 1

Выходное напряжение (В _вых ) инвертируется относительно фазы или полярности входного напряжения (В _в ). За счет этих напряжений через резистор обратной связи R ₂ проходит ток обратной связи, равный iin (т.е. через R ₁ и R ₂ проходит одинаковый или симметричный ток). Левая сторона резистора R ₂ находится на нулевом уровне, тогда как правая сторона находится на V _из . Таким образом, значение тока обратной связи выглядит следующим образом:

i _in = V _OUT /R ₂ … 2

0007 из и V _из . Таким образом, на инвертирующий вход операционного усилителя не может ни проникать ток, ни вытекать из него.

Сравнение уравнения 1 и 2,

V _I /R _I = V _OUT /R ₂

Организация вышеуказанного уравнения,

V _Out /V _в = — R. ₂ /R ₁

Помните, что отношение V _к / V _к отражает усиление замкнутого контура

Или A _CL = A _V = – R ₂ /R ₁ … (где A _v = коэффициент усиления по напряжению)

Знак минус показывает, что сигнал стал инвертированным. Приведенное выше уравнение показывает, что коэффициент усиления цепи может быть определен только через соотношение R ₂ и R ₁ .

В некоторых приложениях разработчику требуется определенный входной импеданс. Одним из самых больших преимуществ инвертирующих усилителей является то, что их можно довольно легко настроить на любое конкретное или требуемое входное сопротивление. По праву R ₁ — это виртуальная земля, поэтому значение импеданса замкнутого контура станет равным следующему:

Z _in(CL) = R ₁

Это полное сопротивление является левым концом сопротивления R ₁ , как видно из рисунка. Например, если входной импеданс равен 2 кОм, а требуемое значение напряжения близкого усиления равно 50, разработчик может достичь этой цели, сохранив значение R ₁ на уровне 2 кОм и значение R2 на уровне 100 кОм.

Помните, что входное сопротивление инвертирующего усилителя никогда не превышает входное сопротивление неинвертирующего усилителя или повторителя напряжения. Однако его выходное сопротивление равно неинвертирующему усилителю (т. е. обычно очень низкое).

Z _вых ( _CL ) = Z _вых / A _L

Здесь A _L означает усиление контура.

Следующая тема: Суммирующий усилитель

Предыдущая тема: Разностный усилитель с примером уравнения

Для проектов, связанных с электроникой и программированием, посетите мой канал YouTube.

Ссылка на мой канал YouTube

Схема, конфигурация, усиление и практические примеры

Операционный усилитель (Операционный усилитель) — основа аналоговой электроники. Операционный усилитель представляет собой электронный компонент со связью по постоянному току, который усиливает напряжение с дифференциального входа с помощью резисторной обратной связи. Операционные усилители популярны благодаря своей универсальности, поскольку их можно настраивать разными способами и использовать в различных аспектах. Схема операционного усилителя состоит из нескольких переменных, таких как полоса пропускания, входное и выходное сопротивление, коэффициент усиления и т. д. Различные классы операционных усилителей имеют разные характеристики в зависимости от этих переменных. Существует множество операционных усилителей, доступных в различных корпусах интегральных схем (ИС), некоторые операционные усилители имеют два или более операционных усилителя в одном корпусе. LM358, LM741, LM386 — наиболее часто используемые микросхемы операционных усилителей. Вы можете узнать больше об операционных усилителях, следуя нашему разделу «Схемы операционных усилителей».

Операционный усилитель имеет два дифференциальных входа и выход, а также контакты питания. Эти два контакта дифференциального входа: инвертирующий контакт или отрицательный и неинвертирующий контакт или положительный. Операционный усилитель усиливает разницу в напряжении между этими двумя входными контактами и обеспечивает усиленный выходной сигнал через свой Vout или выходной контакт.

В зависимости от типа входа операционный усилитель может быть классифицирован как инвертирующий усилитель или неинвертирующий усилитель. В предыдущем руководстве по неинвертирующему операционному усилителю мы видели, как использовать усилитель в неинвертирующей конфигурации. В этом уроке мы изучим как использовать операционный усилитель в инвертирующей конфигурации .

Он называется инвертирующим усилителем , потому что операционный усилитель изменяет фазовый угол выходного сигнала ровно на 180 градусов по фазе относительно входного сигнала. Как и раньше, мы используем два внешних резистора для создания цепи обратной связи и замыкания цепи на усилителе.

В неинвертирующей конфигурации мы обеспечили положительную обратную связь по усилителю, но для инвертирующей конфигурации мы создали отрицательную обратную связь по схеме операционного усилителя.

Давайте посмотрим на схему подключения для конфигурации инвертирующего операционного усилителя. . Резистор R2 является резистором входного сигнала, а резистор R1 является резистором обратной связи. Эта схема обратной связи заставляет дифференциальное входное напряжение почти равняться нулю .

Обратная связь подключается к отрицательной клемме операционного усилителя, а положительная клемма подключается к земле. Потенциал напряжения на инвертирующем входе такой же, как потенциал напряжения на неинвертирующем входе. Итак, на неинвертирующем входе создается точка суммирования Виртуальной Земли, которая находится в том же потенциале, что и земля или Земля. Операционный усилитель будет действовать как дифференциальный усилитель .

Таким образом, в случае инвертирующего операционного усилителя на входную клемму не поступает ток, а входное напряжение равно напряжению обратной связи на двух резисторах, поскольку они оба имеют один общий виртуальный источник земли. Из-за виртуальной земли входное сопротивление операционного усилителя равно входному резистору операционного усилителя, который равен R2. Этот резистор R2 связан с коэффициентом усиления замкнутого контура, и коэффициент усиления может быть установлен отношением внешних резисторов, используемых в качестве обратной связи.

Поскольку ток на входе отсутствует, а дифференциальное входное напряжение равно нулю, мы можем рассчитать коэффициент усиления замкнутого контура операционного усилителя. Узнайте больше о конструкции операционного усилителя и его работе, перейдя по ссылке.

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

  Коэффициент усиления (Av) = (Vout / Vin) = -(Rf / Rin)  

  Коэффициент усиления (Av) = (Vout / Vin) = -(Rf / Rin)  

  Таким образом, усиление (Av) = (Vout / Vin) = -(Rf / Rin) 
  Усиление (Av) = (Vout / Vin) = -(10k / 1k)  

  Коэффициент усиления = -20 и Rin = R2 = 1k.  
  -20 = -(R1/1k) 
  R1 = 20k