- Pretvorba konfiguracije operacijskega ojačevalnika
- Dobitek obrnjenega op
- Praktični primer obrnjenega ojačevalnika
- Sumirajoči ojačevalnik ali vezje za sesanje op amp
- Transimpedančni ojačevalni krog
Op-Amp (Operacijski ojačevalnik) je hrbtenica analogne elektronike. Operacijski ojačevalnik je enosmerno povezana elektronska komponenta, ki ojačuje napetost iz diferenčnega vhoda z uporabo povratne povratne zveze. Op-ampi so priljubljeni zaradi svoje vsestranskosti, saj jih je mogoče konfigurirati na več načinov in jih uporabiti v različnih vidikih. Vezje op-amp je sestavljeno iz nekaj spremenljivk, kot so pasovna širina, vhodna in izhodna impedanca, dobljena meja itd. Različni razredi op-ojačevalnikov imajo različne specifikacije, odvisno od teh spremenljivk. V različnih paketih integriranega vezja (IC) je na voljo veliko op-ojačevalnikov, nekateri op-amp imajo dva ali več op-amperov v enem paketu. LM358, LM741, LM386 so nekatere najpogosteje uporabljene IC-ojačevalnice. Če želite izvedeti več o Op-ojačevalcih, sledite našemu razdelku Op-amp vezij.
Op-amp ima dva diferenčna vhodna zatiča in izhodni zatič skupaj z zatiči. Ta dva diferenčna vhodna zatiča sta obratni zatič ali negativni in neobratni zatič ali pozitivni. Op-amp ojačuje razliko v napetosti med tema dvema vhodnima zatičema in zagotavlja ojačan izhod na svojem Vout ali izhodnem zatiču.
Odvisno od vrste vhoda je op-amp lahko razvrščen kot Inverting Amplifier ali Non-Inverting Amplifier. V prejšnjih vadnicah za neinvertiranje op-amp smo videli, kako uporabljati ojačevalnik v neinvertirajoči konfiguraciji. V tej vadnici bomo izvedeli, kako uporabljati op-amp pri obračanju konfiguracije.
Pretvorba konfiguracije operacijskega ojačevalnika
Imenuje se Inverting Amplifier, ker op-amp spremeni fazni kot izhodnega signala natančno za 180 stopinj izven faze glede na vhodni signal. Tako kot prej uporabljamo dva zunanja upora za ustvarjanje povratnega vezja in izdelavo zaprtega kroga prek ojačevalnika.
V neinvertirajoči konfiguraciji smo prek ojačevalnika poslali pozitivne povratne informacije, za obrnjeno konfiguracijo pa dobimo negativne povratne informacije prek vezja op-amp.
Oglejmo si diagram povezave za invertiranje konfiguracije op-amp
V zgornjem obrnjenem op-amp-u vidimo, da R1 in R2 zagotavljata potrebne povratne informacije po vezju op-amp-a. R2 upor je vhodni signal upor V in R1 upor je povratna upor. To povratno vezje prisili diferenčno vhodno napetost na skoraj nič.
Povratne informacije so povezane preko negativnega terminala op-amp-a, pozitivni terminal pa preko tal. Napetostni potencial na invertirajočem vhodu je enak napetostnemu potencialu neinvertirajočega vhoda. Torej se prek neinvertirajočega vhoda ustvari zbirna točka navidezne Zemlje, ki ima enak potencial kot zemlja ali zemlja. Op-amp bo deloval kot diferencialni ojačevalnik.
Torej, v primeru obrnjenega op-amp-a na vhodni priključek ne teče tok, tudi vhodna napetost je enaka povratni napetosti na dveh uporih, saj sta oba skupna navidezna ozemljitvena vira. Zaradi navideznega ozemljitve je vhodni upor op-ojačevalnika enak vhodnemu uporu op-ojačevalnika, ki je R2. Ta R2 je povezan z ojačanjem v zaprti zanki, ojačanje pa lahko nastavimo z razmerjem zunanjih uporov, ki se uporabljajo kot povratne informacije.
Ker na vhodnem terminalu ni toka in je diferenčna vhodna napetost enaka nič, lahko izračunamo ojačanje optičnega ojačevalnika v zaprti zanki. Na povezavi preberite več o gradnji Op-amp in njegovem delovanju.
Dobitek obrnjenega op
Na zgornji sliki sta prikazana dva upora R2 in R1, ki sta uporovna uporovna napetost delilnika napetosti, ki se uporabljata skupaj z obračanjem op-amp. R1 je povratni upor (Rf) in R2 je vhodni upor (Rin). Če izračunamo tok, ki teče skozi upor, potem
i = (Vin - Vout) / (Rin (R2) - Rf (R1))
Ker je Dout sredina razdelilnika, lahko zaključimo
Kot smo že opisali, je zaradi navidezne točke ozemlja ali istega vozlišča povratna napetost 0, Dout = 0. Torej,
Torej bo formula invertiranega ojačevalnika za dobiček v zaprti zanki
Dobiček (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)
Iz te formule torej dobimo katero koli od štirih spremenljivk, ko so na voljo ostale tri spremenljivke. Op-amp Gain kalkulator se lahko uporablja za izračun dobička invertirajočega op-amp.
Kot lahko vidimo negativni znak v formuli, bo izhod za fazo 180 stopinj v nasprotju s fazo vhodnega signala.
Praktični primer obrnjenega ojačevalnika
Na zgornji sliki je prikazana konfiguracija op-amp-a, kjer dva povratna upora zagotavljata potrebne povratne informacije v op-amp-u. Upor R2, ki je vhodni upor, R1 pa povratni upor. Vhodni upor R2, ki ima vrednost upora 1K ohmov, povratni upor R1 pa ima vrednost 10k ohmov. Izračunali bomo obračalni dobiček op-amp. Povratne informacije so na negativnem priključku, pozitivni priključek pa je povezan z maso.
Formula za invertiranje ojačenja op-amp vezja-
Dobiček (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)
V zgornjem vezju Rf = R1 = 10k in Rin = R2 = 1k
Torej, dobiček (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Dobiček (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)
Tako bo dobiček -10-krat, izhod pa 180 stopinj izven faze.
Če zdaj povečamo ojačanje op-amp na -20-krat, kakšna bo vrednost povratnega upora, če bo vhodni upor enak? Torej, Dobiček = -20 in Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k
Če torej vrednost 10k povečamo na 20k, bo dobiček op-amp -20-krat.
Dobiček op-ojačevalnika lahko povečamo s spreminjanjem razmerja uporov, vendar ni priporočljivo uporabljati nižjega upora kot Rin ali R2. Ker nižja vrednost upora zmanjša vhodno impedanco in ustvari obremenitev vhodnega signala. V tipičnih primerih se za vhodni upor uporabi vrednost od 4,7k do 10k.
Kadar je potreben visok dobiček in bi morali zagotoviti visoko impedanco na vhodu, moramo povečati vrednost povratnih uporov. Vendar tudi ni priporočljivo uporabljati upora visoke vrednosti za Rf. Višji povratni upor zagotavlja nestabilno stopnjo dobička in ne more biti uspešna izbira za operacije, povezane z omejeno pasovno širino. Tipična vrednost 100k ali malo večja od vrednosti, uporabljene v povratnem uporu.
Preveriti moramo tudi pasovno širino vezja op-amp za zanesljivo delovanje pri visokem ojačanju.
Sumirajoči ojačevalnik ali vezje za sesanje op amp
Invertirajoči ojačevalnik se lahko uporablja na različnih mestih, na primer kot ojačevalnik seštevanja op amp. Ena pomembnih aplikacij za pretvorbo op-amp je seštevalni ojačevalnik ali virtualni mešalnik zemlje.
Na zgornji sliki je prikazan virtualni zemeljski mešalnik ali ojačevalnik seštevanja, kjer invertirani op-ojačevalec meša več različnih signalov na svojem invertirajočem terminalu. Vhod invertirnih ojačevalnikov je praktično v zemeljskem potencialu, kar zagotavlja odlično uporabo mešalnika pri delu, povezanem z mešanjem zvoka.
Kot lahko vidimo, se različni signali seštevajo po negativnem terminalu z uporabo različnih vhodnih uporov. Število različnih vhodov signala, ki jih je mogoče dodati, ni omejeno. Dobiček vsakega različnega signalnega priključka se določi z razmerjem povratnega upora R2 in vhodnega upora določenega kanala.
Izvedite tudi več o aplikacijah op-amp-a, tako da sledite različnim vezjem, ki temeljijo na op-amp-u. Ta obrnjena konfiguracija op-amp se uporablja tudi v različnih filtrih, kot sta aktivni nizkoprepustni ali aktivni visokoprepustni filter.
Transimpedančni ojačevalni krog
Druga uporaba optičnega ojačevalnika Op amp je uporaba ojačevalnika kot ojačevalnika Trans-Impedance.
V takem vezju op-amp pretvori zelo nizek vhodni tok v ustrezno izhodno napetost. Torej, ojačevalec Trans-Impedance pretvori tok v napetost.
Lahko pretvori tok iz fotodiode, merilnikov pospeška ali drugih senzorjev, ki proizvajajo nizek tok, in s pomočjo transimpedančnega ojačevalnika tok lahko pretvori v napetost.
Na zgornji sliki je obrnjen opcijski ojačevalec, uporabljen za izdelavo ojačevalnika transimpedance, ki pretvori tok, ki izhaja iz foto diode, v napetost. Ojačevalnik zagotavlja nizko impedanco preko fotodiode in ustvarja izolacijo od izhodne napetosti op-amp.
V zgornjem vezju se uporablja samo en povratni upor. R1 je visoko vrednostni povratni upor. Dobiček lahko spremenimo s spreminjanjem vrednosti tega upora R1. Visoko ojačanje op-amp uporablja stabilno stanje, ko je tok fotodiode enak povratnemu toku skozi upor R1.
Ker na foto-diodi ne zagotavljamo nobenega zunanjega pristranskosti, je vhodna odmična napetost fotodiode zelo nizka, kar povzroči veliko povečanje napetosti brez kakršne koli izhodne odmične napetosti. Tok foto diode se pretvori v visoko izhodno napetost.
Druge aplikacije Inverting op-amp so -
- Preklopnik faz
- Integrator
- Pri delih, povezanih z uravnoteženjem signalov
- Linearni RF mešalnik
- Različni senzorji za izhod uporabljajo invertirajoči ojačevalnik.