Wzmacniacz nieodwracający: 5 ważnych faktów, które musisz wiedzieć

by

Wprowadzenie do wzmacniacza nieodwracającego

Wzmacniacz nieodwracający to inny tryb pracy standardowego wzmacniacza. Jak wiemy, typowe wzmacniacze mają dwa zaciski - odwracający i nieodwracający. Gdy wejścia są zasilane przez zaciski nieodwracające, ten tryb działania jest znany jako wzmacniacz nieodwracający.

Teoria wzmacniacza nieodwracającego

Zasada działania lub teoria stojąca za wzmacniaczem nieodwracającym jest taka sama jak we wzmacniaczu nieodwracającym, a dla wzmacniacza nieodwracającego wejście jest dostarczane w zacisku nieodwracającym. Wzmacniacz wzmacnia wyjście z określonym wzmocnieniem i podaje je w produkcji. Wzmocnienie jest zależne od wartości rezystancji, a układ sprzężenia zwrotnego jest połączony ze wzmacniaczem odwracającym, aby generować ujemne sprzężenie zwrotne w systemie. Ponieważ system ma ujemne sprzężenie zwrotne, ten wzmacniacz ma większą stabilność, ale mniejsze wzmocnienie niż wzmacniacz odwracający o tych samych wartościach rezystancji.

Schemat obwodu wzmacniacza nieodwracającego

Poniższy obraz przedstawia schemat obwodu wzmacniacza nieodwracającego. Na poniższym obrazku Vin to napięcie wejściowe wzmacniacza, R1 to rezystancja pierwotna, Rf to rezystancja sprzężenia zwrotnego, a „I” to prąd przepływający przez rezystancję sprzężenia zwrotnego. Przyjrzyj się uważnie obrazowi, ponieważ w całym artykule ten obraz będzie nazywany nieodwracającym obrazem wzmacniacza.

wzmacniacz nieodwracający
Kredytowych Image: Obciążenie indukcyjne, Wzmacniacz operacyjny nieodwracający, oznaczony jako domena publiczna, więcej informacji na ten temat Wikimedia Commons

Wzmacniacz nieodwracający Design

Projektowanie wzmacniacz nieodwracający jest dość prostym i nieskomplikowanym zadaniem. Początkowo wzmacniacz operacyjny jest ustawiony z dodatnim i -ve. napięcie odniesienia i styki uziemiające są wykonywane zgodnie z wymaganiami. Teraz, ponieważ jest to wzmacniacz nieodwracający, napięcie wejściowe jest dostarczane do nieodwracającego i odwracającego zacisku, które jest połączone z masą przez rezystancję, a standardowa rezystancja sprzężenia zwrotnego jest powiązana ze wzmacniaczem odwracającym, aby zapewnić -ve. sprzężenie zwrotne w nieodwracającym obwodzie wzmacniacza.

Jak działa wzmacniacz nieodwracający?

Wzmacniacz nieodwracający wzmacnia sygnał wejściowy dostarczany do wzmacniacza nieodwracającego, a rezystancje w konstrukcji wzmacniacza działają jako współczynnik wzmocnienia w określonym równaniu matematycznym. Z powodu wirtualnego uziemienia napięcie punktu B pojawia się również na końcu „A”. W ten sposób węzeł A ma takie samo napięcie jak napięcie wejściowe. Ponownie przez zacisk odwracający przepłynie ten sam prąd, co w ścieżce sprzężenia zwrotnego.

Nieodwracająca derywacja wzmacniacza

Wyprowadźmy równania na wzmacniacz nieodwracający i inne niezbędne wzory. Najpierw załóżmy, że wirtualne zwarcie działa na wzmacniacz.

Wówczas napięcie w węźle B będzie równe napięciu w węźle A.

Teraz VB = Vin.

W ten sposób Vin pojawi się również w węźle A. Dlatego możemy powiedzieć,

VA = Vin.

Załóżmy, że napięcie wyjściowe wynosi Vo. Mówi się, że rezystancja sprzężenia zwrotnego wynosi Rf. Prąd przepływający przez ścieżkę sprzężenia zwrotnego to „ja”. „I” można zapisać jak poniżej.

I = (Vo - VA) / Rf

Albo I = (Vo / Rf) - (VA / Rf) - - (1)

Ten sam prąd przepływa przez zacisk odwracający. Zatem równanie dla tego terminala

I = (VA - 0) / R1 = VA / R1 = Vin / R1 —- (2)

Porównując równanie (1) i równanie (2), możemy napisać -

(Vo / Rf) - (Vin / Rf) = Vin / R1

Lub Vo / Rf = Vin / R1 + (Vin / Rf)

Lub Vo / Rf = Vin [(1 / R1) + (1 / Rf)]

Lub Vo / Rf = Vin [(Rf + R1) / (R1 Rf)]

Lub Vo = Vin [(Rf + R1) / R1]

Lub V0 = Vin [1 + (Rf / R1)]

To jest końcowe wyjście wzmacniacza nieodwracającego.

Wzmacniacz nieodwracający Równanie

Ostateczne równanie wyjściowe obwodu jest znane jako nieodwracające równanie wzmacniacza. Równanie podaje zależność między napięciem wejściowym i wyjściowym. Współczynnik wzmocnienia można również zaobserwować w równaniu.

V0 = Vin [1 + (Rf / R1)]

To jest nieodwracające równanie wzmacniacza. Rf to rezystancja sprzężenia zwrotnego, R1 to rezystancja podłączona do zacisku odwracającego. Wartości tych rezystancji wpływają na napięcie wejściowe. Jak widać, jeśli wartość (Rf / R1) jest większa niż 1, to zyskaliśmy w systemie. Zatem współczynnik (Rf / R1) musi wzrosnąć tak bardzo, jak to możliwe. Ale można to zrobić do pewnego stopnia.

Wzmacniacz nieodwracający Vout

Wartość vout lub napięcie wyjściowe wzmacniacza nieodwracającego mówi nam, dlaczego ten zestaw operacji we wzmacniaczu nazywany jest wzmacniaczem nieodwracającym. Równanie wyjściowe wzmacniacza nieodwracającego jest podane jako V0 = Vin [1 + (Rf / R1)].

Z powyższego równania możemy zauważyć, że napięcie wyjściowe i wejściowe są w tej samej fazie pracy. W przeciwieństwie do terminala odwracającego, wyjście wzmacniacza nie jest odwracane na fazę ujemną. Dlatego zestaw operacyjny nazywany jest wzmacniaczem nieodwracającym.

Nieodwracająca impedancja wejściowa wzmacniacza

Idealny wzmacniacz operacyjny ma właściwość wysokiej impedancji wejściowej i dlatego każdy wzmacniacz ma większą impedancję wejściową. Wzmacniacze nieodwracające nie są wyjątkiem. Wykazują wyższe impedancje wejściowe podczas operacji.

Wzmocnienie wzmacniacza nieodwracającego

Wyjście wzmacniacza to wejście pomnożone przez wzmocnienie. Wzmocnienie wzmacniaczy zależy od wartości rezystancji i rodzaju sprzężenia zwrotnego wzmacniacza. W przypadku systemu z ujemnym sprzężeniem zwrotnym wzmocnienie zmniejszyło się, a stabilność systemu wzrosła, a dla dodatniego sprzężenia zwrotnego wzmocnienie jest większe, ale siła systemu maleje.

Do równania: Vout = k * Vin, k to wzmocnienie wzmacniacza.

(Uwaga: wzmocnienie to stosunek napięcia wyjściowego do dostarczonego napięcia wejściowego. Dlatego nie ma jednostek).

Wzmocnienie wzmacniacza nieodwracające

Omówiliśmy wcześniej, co oznacza wzmocnienie dla wzmacniacza nieodwracającego. Znajdźmy dokładne wyrażenie na wzmocnienie wzmacniacza nieodwracającego.

Ogólne wyrażenie napięcia wyjściowego wzmacniacza to Vout = k * Vin.

O / P equn wzmacniacza nieodwracającego sformułowanego jako  

V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin.

Zatem k można obliczyć, porównując powyższe dwa równania.

k = [1 + (Rf / R1)].

To wyrażenie rezystora jest znane jako wzmocnienie wzmacniacza nieodwracającego iz tego możemy zauważyć, że jeśli Rf = R1, Vo = 2 * Vin. Zatem napięcie wejściowe zostaje wzmocnione o współczynnik 2. Stosunek (Rf / R1) zazwyczaj steruje wzmocnieniem. Zwiększenie Rf zwiększa wartość wzmocnienia.

Nieodwracające wzmocnienie ujemne wzmacniacza operacyjnego

Szczegółowa analiza zysku nieodwracającego op amp odbywa się wcześniej. Wzmocnienie ujemne wzmacniacza operacyjnego nieodwracające jest określane jako wzmocnienie dokładne wzmacniacza. Ma inną nomenklaturę, ponieważ wzmacniacz operacyjny jest wyposażony w ujemne sprzężenie zwrotne. Chociaż termin ten jest mylący, wielu czytelników uważa, że ​​wskazuje, iż wzmacniacz nieodwracający zapewnia ujemne wartości wzmocnienia.

Nieodwracająca funkcja przenoszenia wzmacniacza

Funkcja przenoszenia systemu odnosi się do procesu, który opisuje lub dostarcza dane wyjściowe dla każdego wejścia. Ponieważ wzmacniacz ma dwa wejścia i je wzmacnia, funkcja transferu będzie odzwierciedlać to samo. Funkcję transferu można zapisać jako:

Vo = k * Vi

Tutaj Vo i Vi to dwa wejścia, a k to wzmocnienie.

Płytka prototypowa wzmacniacza nieodwracającego

Aby w rzeczywistości obserwować i badać funkcjonalność wzmacniacza nieodwracającego, musimy wykonać obwód za pomocą płytki drukowanej lub płytki stykowej. Eksperyment wymaga sprzętu. Są one wymienione poniżej.

  1. Oporności 1 kilo-om i dziesięć kiloomów.
  2. IC741
  3. Podłączanie przewodów
  4. CRO
  5. Deska do krojenia chleba
  6. Zasilanie napięciem stałym

Podłączenie płytki stykowej podano poniżej. Podłącz sprzęt prawidłowo i obserwuj przebieg wyjściowy w CRO.

Przepustowość wzmacniacza nieodwracającego

Zanim poznasz szerokość pasma wzmacniacza nieodwracającego, daj nam znać, jaka jest szerokość pasma wzmacniacza. Szerokość pasma jest określana jako zakres częstotliwości, w którym wzmacniacz wzmacniacza przekracza 70.7%.

Szerokość pasma wzmacniacza nieodwracającego jest określana poprzez uwzględnienie iloczynu wzmocnienia i szerokości pasma, a następnie podzielenie go przez wzmocnienie nieodwracające.

Nieodwracające przesunięcie fazowe wzmacniacza

Zazwyczaj przesunięcie fazowe jest określane jako zmiana wielkości sygnału wejściowego. Jest czarna skrzynka i podajemy sygnał wejściowy +5 V. Teraz, jeśli na wyjściu otrzymamy -10 V, to wewnątrz czarnej skrzynki występuje przesunięcie fazowe. To samo dzieje się ze wzmacniaczami. Ponieważ dostarczamy wejście do wzmacniacza nieodwracającego, nie ma zmiany fazy napięcia napięcia wyjściowego. Możemy więc powiedzieć, że jest 0o zmiana na wyjściu. W przypadku terminala odwracającego przesunięcie fazowe wynosi -180o.

Nieodwracające sumujące wzmocnienie wzmacniacza

Wzmacniacz sumujący zapewnia wzmocnione sumowanie napięć wejściowych jako wyjście. W poniższym obwodzie podaliśmy dwa napięcia wejściowe jako V1 i V2 na nieodwracającym zacisku wzmacniacza, ponieważ chcemy stworzyć nieodwracający wzmacniacz sumujący.

wzmacniacz nieodwracający
Zdjęcie: Obciążenie indukcyjne, Wzmacniacz sumujący wzmacniacz operacyjny, oznaczony jako domena publiczna, więcej informacji na ten temat Wikimedia Commons

Stosując teorię superpozycji do określenia napięcia w węzłach, zrównujemy wartości prądu z gałęzi sprzężenia zwrotnego i gałęzi odwracającej końcówki.

Równanie wyjściowe wygląda następująco: Vout = [1 + (Rf / Ra)] * [(V1 + V2) / 2]

Zatem nieodwracające sumujące wzmocnienie wzmacniacza wynosi [1 + (Rf / Ra)] i jest podobne do typowych wzmacniaczy nieodwracających.

Zastosowanie wzmacniacza nieodwracającego | Zastosowania wzmacniacza nieodwracającego.

  • Jednym ze znaczących zastosowań wzmacniacza nieodwracającego jest oferowanie wysokiej impedancji wejściowej, a ten nieodwracający wzmacniacz operacyjny jest w tym bardzo wydajny.
  • Wzmacniacze operacyjne nieodwracające służą do rozróżniania małych obwodów w kaskadowym i złożonym torze.
  • Są również używane do różnych rozważań dotyczących wzmocnienia.

Do czego służą wzmacniacze nieodwracające?

Wzmacniacze nieodwracające są używane ze względu na ich wysokie wartości impedancji i lepszą stabilność dzięki ujemnemu sprzężeniu zwrotnemu i wzmocnieniu. Właściwość wzmacniacza nieodwracającego, który zapewnia wzmocnienie lub rezystancję na wyjściu, uczyniła go słynnym z różnicowania obwodów w systemach kaskadowych.

Odwracający a nieodwracający szum wzmacniacza

Wzmacniacze odwracające zapewniają większe wzmocnienie szumów niż wzmacniacze nieodwracające. Dzieje się tak, ponieważ źródło prądu i napięcia mają inną wartość wzmocnienia niż wyjście. Wzmocnienie szumu jest bardzo ważnym parametrem do pomiaru wydajności wzmacniacza.

Wzmacniacz buforowy nieodwracający

Nieodwracający wzmacniacz buforowy lub wzmacniacz buforowy lub buforowy wzmacniacz operacyjny to szczególny typ wzmacniacza operacyjnego, który pobiera jedyne wejście przez wzmacniacz nieodwracający i zapewnia wzmocnienie jednostkowe. Zacisk odwracający jest zwarty, a wyjście wytwarza ujemne sprzężenie zwrotne. Takie wzmacniacze oferują wysoką impedancję wejściową, niższą impedancję wyjściową i wysoki pobór prądu.

Bufory są używane jako wyłącznik automatyczny lub w celu uniknięcia obciążenia wejścia.

wzmacniacz nieodwracający
Zdjęcie: Obciążenie indukcyjne, Bufor wzmocnienia jedności wzmacniacza operacyjnego, oznaczony jako domena publiczna, więcej informacji na ten temat Wikimedia Commons

Wzmacniacz nieodwracający z kondensatorem

Można dodać kondensator ze wzmacniaczem nieodwracającym, aby zrealizować różne funkcje przenoszenia. Kondensator może przekształcić nieodwracający wzmacniacz w integrator lub element różnicowy.

Używając kondensatorów, wzmacniacze nieodwracające mogą być również przekształcane w obwody sprzężone AC lub „szynę zasilaną w połowie”.

Wzmacniacz nieodwracający o napięciu odniesienia

Wzmacniacze nieodwracające są konfigurowane z napięciami odniesienia. Napięcia odniesienia są niezbędne dla wzmacniaczy operacyjnych, ponieważ stanowią ograniczenie graniczne dla wyjść. Wzmacniacz nie może przekroczyć dodatniego napięcia odniesienia ani spaść poniżej ujemnego napięcia odniesienia.

Często Zadawane Pytania

1. Do czego służy wzmacniacz nieodwracający?

Odpowiedź: Wzmacniacze nieodwracające są używane ze względu na ich wysokie wartości impedancji i lepszą stabilność dzięki ujemnemu sprzężeniu zwrotnemu i wzmocnieniu. Właściwość wzmacniacza nieodwracającego, który zapewnia wzmocnienie lub rezystancję na wyjściu, uczyniła go słynnym z różnicowania obwodów w systemach kaskadowych.

2. Który jest lepszy wzmacniacz odwracający lub nieodwracający?

Odpowiedź: Wzmacniacze odwracające są bardziej preferowane niż wzmacniacze nieodwracające. Szybkość narastania i współczynnik tłumienia w trybie standardowym (CMRR) są wyższe dla wzmacniacza odwracającego niż nieodwracającego.

3. Narysuj nieodwracający kształt fali wzmacniacza.

Odpowiedź: Poniższy obraz przedstawia nieodwracający kształt fali wzmacniacza. Możemy zauważyć, że wyjście jest wzmocnione i znajduje się w tej samej fazie co wejście.

wzmacniacz nieodwracający
Waveform

4. Do jakiego zastosowania jest używany wzmacniacz odwracający, a do jakiego zastosowania jest używany wzmacniacz nieodwracający?

Odpowiedź: Aplikacje, w których użytkownik potrzebuje większego wzmocnienia, lepszej szybkości narastania, lepszego CMRR, wybiorą wzmacniacz odwracający. A jeśli użytkownik potrzebuje większej stabilności dynamicznej systemu, powinien zastosować wzmacniacz nieodwracający.

5. Jakie są zalety wzmacniacza odwracającego w porównaniu ze wzmacniaczem nieodwracającym?

Odpowiedź: Wzmacniacz odwracający zapewnia większe wzmocnienie, lepszą szybkość narastania i wyższą wartość CMRR niż wzmacniacz nieodwracający.

6. Jakie są typowe warunki pracy wzmacniacza nieodwracającego w obszarze liniowym?

Odpowiedź: Rozważmy, Rs to typowa rezystancja wejściowa, Rf to rezystancja sprzężenia zwrotnego, Vcc to napięcie nasycenia, a Vg to napięcie odniesienia. Warunkiem pracy w obszarze liniowym idealnego wzmacniacza operacyjnego będzie:

(Rs + Rf) / Rs> | Vcc / vg |

7. Dlaczego wirtualne uziemienie nie jest stosowane do wzmacniacza nieodwracającego?

Odpowiedź: Chociaż uczniowie często zadają to pytanie, sam problem zawiera usterkę techniczną. Virtual Ground jest właściwością wzmacniacza, ale nie jest to statut, który można faktycznie zastosować. Teraz, w przypadku terminala nieodwracającego, w obwodzie nie ma węzła, co nie jest dobre.

8. Dlaczego opór IP odwracającego i nieodwracającego opam jest nieskończony?

Odpowiedź: Rezystancja wejściowa nieodwracająca op amp jest nieskończony, ale praktycznie, jeśli ta wartość impedancji wzrośnie, to tym mniejszy będzie faktycznie pobierany prąd. Warunek jest konieczny, aby wzmacniacz operacyjny działał i wzmacniał skuteczny sposób sygnału tygodnia.

9. Dlaczego nie ma napięcia na rezystorze sprzężenia zwrotnego we wzmacniaczu nieodwracającym?

Odpowiedź: Dla obwód nieodwracający wtórnika napięcia, nie ma spadku napięcia przez zacisk odwracający i w idealnym przypadku nie powinno być żadnego prądu przez rezystor.

10. Dlaczego wartość rezystorów sprzężenia zwrotnego musi być większa niż wartość rezystorów wejściowych w przypadku nieodwracającego wzmacniacza OP?

Odpowiedź: Wzmocnienie nieodwracającego wzmacniacza jest podane jako [1 + (Rf / Ra)]. Możemy zaobserwować, że zwiększenie Rf (rezystancji sprzężenia zwrotnego) zwiększy ogólne wzmocnienie systemu. Dlatego wartość rezystora sprzężenia zwrotnego jest lepsza niż wartości rezystancji wejściowej.

11. Co się stanie, jeśli zechcę dodać kondensator z dodatnim sprzężeniem zwrotnym do wzmacniacza nieodwracającego? A co z szumem i marginesem fazowym?

Odpowiedź: Jeśli dodasz kondensator z dodatnim sprzężeniem zwrotnym do nieodwracającego wzmacniacza, obwód będzie działał jako multi-wibrator. Wartość RC będzie sterować oscylacjami. Szum i margines fazowy nie mają tak dużego znaczenia.

Więcej artykułów związanych z elektroniką kliknij tutaj

Przeczytaj także: