Инвертирующий усилитель на операционном усилителе: схема, формула

Пример HTML-страницы

Как уже отмечалось, операционные усилители в настоящее время используются в самых различных электронных устройствах. Их широко применяют как в аналоговых, так и в импульсных устройствах электроники. В то же время существуют и часто используются типовые линейные схемы на основе операционных усилителей. Такие типовые схемы должен знать каждый инженер, использующий электронные устройства. Именно такие схемы рассматриваются ниже.

Очень полезно овладеть достаточно простыми приемами ручного анализа электронных схем на основе операционных усилителей. Это значительно облегчит понимание принципа действия конкретных устройств электроники и будет способствовать получению достоверных результатов машинного анализа. Указанные приемы анализа основаны на ряде допущений, принимаемых в предположении, что используемые операционные усилители достаточно близки к идеальным. Практика расчетов показывает, что результаты, получаемые на основе допущений, имеют вполне приемлемую погрешность.

Примем следующие допущения:

• Входное сопротивление операционного усилителя равно бесконечности, токи входных электродов равны нулю (R_вх → ∞, i₊ = i₋).
• Выходное сопротивление операционного усилителя равно нулю, т. е. операционный усилитель со стороны выхода является идеальным источником напряжения (R_вых = 0).
• Коэффициент усиления по напряжению (коэффициент усиления дифференциального сигнала) равен бесконечности, а дифференциальный сигнал в режиме усиления равен нулю (при этом не допускается закорачивания выводов операционного усилителя).
• В режиме насыщения напряжение на выходе равно по модулю напряжению питания, а знак определяется полярностью входного напряжения. Полезно обратить внимание на тот факт, что в режиме насыщения дифференциальный сигнал нельзя всегда считать равным нулю.
• Синфазный сигнал не действует на операционный усилитель.
• напряжение смещения нуля равно нулю.

Рассмотрим схему инвертирующего усилителя (рис. 2.25), из которой видно, что в ней действует параллельная обратная связь по напряжению.

Так как i₋ = 0, то в соответствии с первым законом Кирхгофа i₁ = i₂.

Предположим, что операционный усилитель работает в режиме усиления, тогда uдиф = 0. В соответствии с этим на основании второго закона Кирхгофа получим i₁ = uвх/ R₁i₂ = − uвых/ R₂

Учитывая, что i₁ = i₂, получаем uвых= −uвх· R₂ / R₁

Таким образом, инвертирующий усилитель характеризуется коэффициентом усиления по напряжению, равным Кu= −R2/R1

Например, если R1= 1кОм,R2=10 кОм, тогда uвых= − 10 ·uвх

Для уменьшения влияния входных токов операционного усилителя на выходное напряжение в цепь неинвертирующего входа включают резистор с сопротивлением R₃ (рис. 2.26), которое определяется из выражения R3=R1//R2=R1·R2/ (R1+R2)

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах значительно ниже собственного входного сопротивления операционного усилителя. Это полностью соответствует сделанному раннее выводу о том, что параллельная отрицательная обратная связь, имеющая место в схеме, уменьшает входное сопротивление. Учитывая, что uдиф~ 0, легко заметить, что иходное сопротивление усилителя на низких частотах приблизительно равно R₁.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах R_вых.ос существенно меньше выходного сопротивления на низких частотах R_вых собственно операционного усилителя. Это является следствием действия отрицательной обратной связи по напряжению.

Можно показать, что R_вых.ос = R_вых / ( 1 + К ·R1/R2) где К — коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя.

Входное сопротивление схем ОУ-TINA и TINACloud Resources

Входное сопротивление цепей ОУ

Входное сопротивление идеального операционного усилителя бесконечно. Однако входное сопротивление цепи, состоящей из идеального операционного усилителя, подключенного к внешним компонентам, не бесконечно. Это зависит от формы внешней цепи.

Сначала рассмотрим инвертирующий операционный усилитель. Эквивалентная схема для инвертирующего операционного усилителя на Рисунке (3) «Инвертирующий операционный усилитель» показана на Рисунке 10 (а).

Рисунок 10 — Входное сопротивление, инвертирующий усилитель

На рисунке 10 (b) показана та же схема, измененная для упрощения анализа. Обратите внимание, что мы подключили к входу «тестовый» источник напряжения, чтобы рассчитать эквивалентное сопротивление. Поскольку в схеме есть зависимый источник напряжения, мы не можем найти входное сопротивление простым объединением резисторов. Вместо этого мы находим входное сопротивление, заменяя источник входного сигнала и связанное с ним сопротивление тестовым источником заданного напряжения, v_тести затем рассчитать ток, подаваемый тестовым источником в цепь, i_тест, В качестве альтернативы, мы могли бы использовать текущий источник теста, i_тести решить для напряжения, подаваемого в цепь, v_тест. Используя любой метод, мы можем вычислить сопротивление по закону Ома.

Уравнение цикла задается как

(26)

Тогда эквивалентное входное сопротивление

(27)

Как усиление петли, G, приближается к бесконечности, первый член в уравнении (27) приближается к нулю, а входное сопротивление приближается R_a, Таким образом, входное сопротивление, видимое источником, равно значению внешнего сопротивления, R_a, Это проверяет свойство виртуального заземления, поскольку результат показывает, что инвертирующий вход эквивалентен земле.

Теперь рассмотрим инвертирующий усилитель с двумя входами.

Это показано на рисунке (11).

Рисунок 11 — инверторный усилитель с двумя входами

Это частный случай схемы на Рисунке (4) «Схема операционного усилителя», показанной ранее.

Поскольку напряжение на инвертирующем входе в операционный усилитель равно нулю (виртуальное заземление), входное сопротивление видно v_a is R_aи это видно по v_b is R_b. «Заземленный» инвертирующий вход также служит для изоляции двух входов друг от друга. То есть вариация в v_a не влияет на ввод v_b, и наоборот.

Входное сопротивление для неинвертирующий усилитель можно определить, обратившись к схеме схемы на Рисунке (5) «Неинвертирующий усилитель». См. Эквивалентную схему на рисунке 12 (а).

Ток не проходит R₁ С v₊ Вход на операционный усилитель имеет бесконечное сопротивление. В следствии, R_in до неинвертирующего терминала бесконечность. Если проекту требуется большое входное сопротивление, мы часто используем неинвертирующий операционный усилитель с одним входом. Такая конфигурация называется неинвертирующий буфер если он имеет коэффициент усиления по напряжению, равный единице. 

Поэтому ситуация меняется, когда мы переходим к операционному неинвертирующему операционному усилителю с несколькими входами, как показано на рисунке 12 (b). Эквивалентная схема показана на рисунке 12 (c). Мы предполагаем, что сопротивление, связанное с каждым источником, (r₁, r₂ и r₃) равен нулю. При применении тестового источника для расчета входного сопротивления для цепей с несколькими входами мы используем суперпозицию. Поэтому мы применяем тестовый источник на каждом входе отдельно, отключая другие входы (короткие замыкания для источников напряжения и разомкнутые цепи для источников тока в соответствии с принципом суперпозиции). Различные входные сопротивления тогда

(28)

Анализ инвертирующего операционного усилителя

от: Джон Сантьяго и

Обновлен: 03-26-2016

Из книги: Анализ схемы для Dummies

. Amazon

Инвертирующий усилитель принимает входной сигнал и переворачивает его на выходе операционного усилителя. Когда значение входного сигнала положительное, выход инвертирующего усилителя отрицательный, и наоборот. Вот инвертирующий операционный усилитель. ОУ имеет резистор обратной связи R ₂ и входной резистор R ₁ , один конец которого подключен к источнику напряжения.

Другой конец входного резистора подключается к инвертирующей клемме, а неинвертирующая клемма заземляется при напряжении 0 вольт. Величина усиления зависит от соотношения между значениями резисторов обратной связи и входного резистора.

Поскольку неинвертирующий вход заземлен до 0 вольт, у вас есть

Для идеальных операционных усилителей напряжения на инвертирующих и неинвертирующих клеммах равны и равны нулю. Инвертирующий терминал подключен к виртуальной земле, потому что он косвенно связан с землей через

v _P .

Примените текущий закон Кирхгофа (KCL) к узлу A, чтобы получить следующее:

Упростите уравнение, используя следующие ограничения для идеального операционного усилителя:

Ограничения упрощают уравнение KCL:

Вы получаете следующее соотношение между входным и выходным напряжениями:

Опять же, усиление сигнала зависит от соотношения резистора обратной связи R ₂ и входного резистора Р ₁ . Вам нужны только внешние компоненты операционного усилителя, чтобы усилить сигнал. Отрицательный знак означает, что выходное напряжение представляет собой усиленную, но инвертированную (или перевернутую) версию входного сигнала.

Для числового примера пусть R ₂ = 10 кОм и R ₁ = 1 кОм. В этом случае инвертированное выходное напряжение v _O в десять раз больше входного напряжения v _С . Ничего плоского, вы просто усилили слабый сигнал. Хорошая работа — вы заслуживаете повышения!

Резисторы должны быть в диапазоне от 1 кОм до 100 кОм, чтобы свести к минимуму влияние изменений характеристик операционных усилителей и источников напряжения.

Эта статья из книги:

• Анализ цепей для чайников,

Об авторе книги:

Джон М. Сантьяго-младший, доктор философии, 26 лет служил в ВВС США (USAF). В течение этого времени он занимал различные руководящие должности в области управления техническими программами, разработки приобретений и поддержки исследований в области эксплуатации. Находясь в Европе, он руководил более чем 40 международными научными и инженерными конференциями/семинарами.

Эту статью можно найти в категории:

• Схема,

Неинвертирующие и инвертирующие операционные усилители

Неинвертирующие и инвертирующие операционные усилители

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ИНДЕКСНУЮ СТРАНИЦУ
НЕИНВЕРТИРУЮЩАЯ И ИНВЕРСИРУЮЩАЯ 741 УСИЛИТЕЛИ
В. Райан 2002-2022
PDF-ФАЙЛ — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ РАБОТЫ ДЛЯ ПЕЧАТИ
1. Инвертирующий усилитель — Вторая нога — это вход, а выход всегда обращенный или перевернутый. 2. A Неинвертирующий усилитель . Третья ветвь является входом, а выход не реверсирован.
Напротив показана схема ИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ . Это означает, что если напряжение, поступающее на микросхему 741, положительное, то отрицательно, когда он выходит из 741. Другими словами, он переворачивает полярность (меняет полярность). Чтобы 741 работал как усилитель, необходимы два резистора, R1 и Р2. В большинстве учебников подобные диаграммы используются для представления 741.
КАК РАСЧИТАТЬ ПРИБЫЛЬ Задача операционных усилителей — усиливать слабый сигнал, а это называется ПРИБЫЛЬ.
ИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ УСИЛЕНИЕ (AV) = -R2 / R1 Пример: если R2 равно 100 кОм, а R1 равно 10 кОм, усиление будет : -100 / 10 = -10 (усиление AV) Если входное напряжение равно 0,5 В, выходное напряжение будет: 0,5 В X -10 = -5 В	НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ УСИЛЕНИЕ (AV) = 1+(R2 / R1) Пример: если R2 равно 1000 кОм, а R1 равно 100 кОм, усиление будет быть : 1+ (1000/100) = 1 + 10 ИЛИ УСИЛЕНИЕ (AV) = 11 Если входное напряжение равно 0,5 В, выходное напряжение будет: 0,5 X 11 = 5,5 В
Полярность сигнала неверна. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника