Wzmacniacz odwracający: zastosowanie jako wzmacniacz transrezystancyjny

Jak widzieliśmy we wcześniejszych dyskusjach, wzmocnienie w otwartej pętli wzmacniacza operacyjnego (wzmacniacza operacyjnego) może być bardzo wysokie, około 1,000,000 XNUMX XNUMX lub więcej. To bardzo duże wzmocnienie sprawia, że ​​wzmacniacz operacyjny jest bardzo niestabilny, a bardzo mały sygnał wejściowy, nawet jeśli jest w μV, wystarczy, aby napięcie wyjściowe wzrosło do niekontrolowanych poziomów, gdzie się nasycają, a my całkowicie tracimy kontrolę nad wyjściem. Dlatego będziemy się uczyć o sprzężeniach zwrotnych i wzmacniaczu odwracającym jako rozwiązania powyższych problemów.

Nasycenie

Zanim poznamy wzmacniacz odwracający, musimy wiedzieć o sprzężeniach zwrotnych i co rozumiemy przez nasycenie. Napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego jest ograniczone do wartości minimalnej i maksymalnej, która jest prawie równa dostarczanemu napięciu zasilania.

Połączenie od wyjścia do wejścia za pomocą okablowania zewnętrznego jest znane jako połączenie sprzężenia zwrotnego. Generalnie istnieją dwa rodzaje informacji zwrotnych: pozytywne i negatywne.

Negatywne sprzężenie zwrotne i odwracająca konfiguracja wzmacniacza operacyjnego

Jeśli sprzężenie zwrotne jest podłączone do zacisku wejściowego wzmacniacza odwracającego (ujemnego) wzmacniacza operacyjnego, przy użyciu odpowiedniego rezystora zwanego rezystorem sprzężenia zwrotnego, wówczas sprzężenie zwrotne jest znane jako ujemne sprzężenie zwrotne. A jeśli połączenie sprzężenia zwrotnego jest wykonane między wyjściem a nieodwracającym (dodatnim) zaciskiem wzmacniacza operacyjnego za pośrednictwem odpowiedniego rezystora sprzężenia zwrotnego, to jest to tzw. Dodatnie sprzężenie zwrotne. W większości zastosowań wzmacniacza operacyjnego negatywne sprzężenie zwrotne jest najczęściej używane.

Ujemne sprzężenie zwrotne skutkuje inną wartością napięcia na wejściu odwracającym (-ve), co skutkuje raczej nowym sygnałem niż rzeczywistym sygnałem wejściowym, ponieważ odwracające napięcie na zaciskach będzie sumą napięć i ujemnego napięcia sprzężenia zwrotnego pochodzącego z terminal wyjściowy. Dlatego w celu oddzielenia rzeczywistego sygnału wejściowego od sygnału wejściowego zacisku odwracającego należy zastosować rezystor wejściowy R.₁ jest używany.

Jeśli rozważymy idealny obwód równoważny, wzmocnienie napięcia w zamkniętej pętli wynosi

W szczególności, jeśli napięcie wyjściowe wynosi V._O, w tym momencie

Wzmocnienie A będzie nieskończonością; napięcie V.₁ idyllicznie okazują się równe V.₂. Jest to oznaczane jako wirtualny stan zwarcia. Praktycznie zwarcie pokazuje, że niezależnie od tego, czy napięcie jest na jednym i tylko z zacisków wejściowych, automatycznie zadziała na drugi zacisk wejściowy z powodu nieskończonego lub praktycznie bardzo dużego wzmocnienia. Nieodwracający zacisk 2 jest uziemiony, więc V₂= 0 i V.₁ = 0. W związku z tym zacisk 1 jest wirtualnie uziemiony, co oznacza, że ​​faktycznie reprezentuje zero woltów, nawet bez uziemienia.

Konfiguracja i działanie wzmacniacza odwracającego

Aktualny i₁ przez R₁ można podać jako:

Ten prąd i1 nie może przejść do wzmacniacza operacyjnego, ponieważ idealny wzmacniacz odwracający ma nieskończona rezystancja wejściowa, a zatem zwraca zero obecny. Dlatego ja! przejdzie przez rezystor R2 i pójdzie w kierunku zacisku nr. 3.

Stosując prawo Ohma, możemy wyznaczyć V_o jako:

V_o = V₁ - ja₁R₂

     = 0 -

Dlatego wzmocnienie napięcia w zamkniętej pętli wynosi:

Jak zauważyliśmy, –ve towarzyszy członowi wzmocnienia w zamkniętej pętli, stąd ta konfiguracja wzmacniacza operacyjnego jest rozpoznawana jako konfiguracja odwracająca.

Ze względu na koncepcję wirtualnego uziemienia rezystancję wejściową definiuje się jako R._i = V_i/i₁ = R₁

Równanie na napięcie wyjściowe (V_o) oznacza, że ​​obwód działa liniowo przy stałym wzmocnieniu A wzmacniacza_v jak V_o = V_i x A_v. Ta właściwość jest bardzo przydatna do konwersji sygnału o małej wartości na sygnał o znacznie większej wartości napięcia. A jak nie ma kondensatory w odwracającym obwodzie wzmacniacza operacyjnego, a więc napięcia wejściowe i wyjściowe, a także prądy w rezystorach mogą być sygnałami stałymi, a zatem wzmacniacz operacyjny będzie mógł również wzmacniać sygnały stałe.

Zastosowanie wzmacniacza odwracającego

Co to jest wzmacniacz Transresistance?

Wzmacniacz tranzystorowy lub konwerter prądu na napięcie

Bardzo użytecznym zastosowaniem odwracającego wzmacniacza operacyjnego jest wzmacniacz transimpedancyjny lub konwerter prądu na napięcie. Oporność trans lub transimpedancyjny wzmacniacz operacyjny jest stosowany jako obwód przetwornika prądu na napięcie. Są one szeroko wykorzystywane w projektowaniu obwodów, ponieważ dobrze jest przekształcić bardzo mały prąd generowany przez obwód lub czujnik na wystarczająco wysokie proporcjonalne napięcie wyjściowe.

Rozważ obwód na rysunku. Rezystancja wejściowa R_i w węźle wirtualnym jest R_i = V₁/i₁ = 0, jak badano wcześniej.

Obecny i₁ jest zasadniczo równa I_s a więc,

i₂ = ja₁ = I_s

A V_o = -i₂R_f = -I_sR_f

Napięcie o / p jest wprost proporcjonalne do prądu sygnału i rezystancji sprzężenia zwrotnego R._f jest równoważne stosunkowi napięcia wyjściowego do prądu na zacisku wejściowym.

Będziemy uczyć się o wzmacniacz nieodwracający w nadchodzącej części.

Więcej artykułów związanych z elektroniką kliknij tutaj

Przeczytaj także:

• Dlaczego głośniki używają lpf w sieciach zwrotnicowych
• Gdzie diody LED są najczęściej używane w życiu codziennym
• Gdzie w inżynierii wykorzystuje się analizy spektralne?
• Dlaczego standardową diodę można stosować w zastosowaniach o wysokiej częstotliwości, takich jak RF
• Dlaczego diody prostownicze są ważne
• Wady logiki tranzystora tranzystorowego
• Czy każdy przerzutnik ma wyjście uzupełniające
• Lub aplikacje bramkowe
• Czy istnieje hierarchia wszechstronności przerzutników?
• Co to jest dioda prostownicza