Ej

Op-Amp, kort för operativ förstärkare är ryggraden i Analog elektronik. En operationsförstärkare är en DC-kopplad elektronisk komponent som förstärker spänningen från en differentiell ingång med hjälp av motståndsåterkoppling. Op-Amps är populära för sin mångsidighet eftersom de kan konfigureras på många sätt och kan användas i olika aspekter. En op-amp-krets består av få variabler som bandbredd, ingång och utgångsimpedans, förstärkningsmarginal etc. Olika typer av förstärkare har olika specifikationer beroende på dessa variabler. Det finns gott om op-förstärkare tillgängliga i olika integrerade kretspaket (IC), vissa OP-amp har två eller flera op-förstärkare i ett enda paket. LM358, LM741, LM386 är några vanliga Op-amp IC: er. Du kan lära dig mer om Op-förstärkare genom att följa vårt avsnitt med Op-amp-kretsar.

En op-amp har två differentiella ingångsstift och en utgångsstift tillsammans med strömuttag. Dessa två differentiella ingångsstift är inverterande stift eller negativa och icke-inverterande stift eller positiva. En op-amp förstärker skillnaden i spänning mellan dessa två ingångsstift och ger den förstärkta utgången över sin Vout eller utgångsstift.

Beroende på ingångstyp kan op-amp klassificeras som inverterande eller icke-inverterande. I denna handledning lär vi oss hur man använder op-amp i icke-inverterande konfiguration.

I den icke inverterande konfiguration är insignalen pålagd över den icke-inverterande ingångsterminal (Positiv pol) hos den op-amp. På grund av detta blir den förstärkta utgången " i fas " med insignalen.

Som vi diskuterade tidigare behöver Op-amp återkoppling för att förstärka insignalen. Detta uppnås vanligtvis genom att applicera en liten del av utspänningen tillbaka till det inverterande stiftet (vid icke-inverterande konfiguration) eller i det icke-inverterande stiftet (vid inverterande stift) med hjälp av ett spänningsdelningsnätverk.

Icke-inverterande konfiguration av operationsförstärkare

I den övre bilden visas en förstärkare med icke-inverterande konfiguration. Signalen som behövs för att förstärkas med hjälp av op-förstärkaren matas in i den positiva eller icke-inverterande stiftet på op-amp-kretsen, medan en spänningsdelare som använder två motstånd R1 och R2 ger den lilla delen av utgången till den inverterande stift på op-amp-kretsen. Dessa två motstånd ger erforderlig återkoppling till op-amp. I ett idealiskt tillstånd kommer ingångsstiftet på op-förstärkaren att ge hög ingångsimpedans och utgångsstiftet kommer att ha låg utgångsimpedans.

Förstärkningen är beroende av de två återkopplingsmotstånden (R1 och R2) anslutna som spänningsdelarens konfiguration. R2 kallas Rf (Feedback resistor)

Spänningsdelarens utgång som matas in i förstärkarens icke-inverterande stift är lika med Vin, eftersom Vin och spänningsdelarens övergångspunkter är belägna över samma jordnod.

På grund av detta, och eftersom Vout är beroende av återkopplingsnätverket, kan vi beräkna spänningsförstärkningen med sluten slinga enligt nedan.

Vinst av icke-inverterande Op-amp

Eftersom spänningsdelarens utgång Spänningen är densamma som ingångsspänningen , delaren Vout = Vin

Så, Vin / Vout = R1 / (R1 + Rf) Eller, Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Den totala spänningsförstärkningen för förstärkaren (Av) är Vout / Vin

Så, Av = Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Med hjälp av denna formel kan vi dra slutsatsen att spänningsförstärkningen för en icke-inverterande operationsförstärkare är,

Av = Vout / Vin = 1 + (Rf / R1)

Så med denna faktor kan op-amp-förstärkningen inte vara lägre än enhetsförstärkning eller 1. Vinsten kommer också att vara positiv och den kan inte vara i negativ form. Vinsten är direkt beroende av förhållandet mellan Rf och R1.

Nu, intressant är att om vi sätter värdet på återkopplingsmotstånd eller Rf som 0, kommer förstärkningen att vara 1 eller enhet. Och om R1 blir 0 blir förstärkningen oändlig. Men det är bara möjligt teoretiskt. I verkligheten är det mycket beroende av op-amp-beteendet och open-loop-förstärkningen.

Op-amp kan också användas två lägga till spänningsingångsspänning som summeringsförstärkare.

Praktiskt exempel på icke-inverterande förstärkare

Vi kommer att utforma en icke-inverterande op-amp-krets som producerar 3x spänningsförstärkning vid utgången som jämför ingångsspänningen.

Vi kommer att göra en 2V- ingång i op-amp. Vi konfigurerar op-amp i icke-inverterande konfiguration med 3x förstärkningsfunktioner. Vi valde R1- motståndsvärdet som 1,2k, vi kommer att ta reda på värdet på Rf- eller R2- motståndet och beräknar utspänningen efter förstärkning.

Eftersom förstärkningen är beroende av motstånden och formeln är Av = 1 + (Rf / R1)

I vårt fall är förstärkningen 3 och värdet R1 är 1. 2k. Så värdet på Rf är, 3 = 1 + (Rf / 1.2k) 3 = 1 + (1.2k + Rf / 1.2k) 3.6k = 1.2k + Rf 3.6k - 1.2k = Rf Rf = 2.4k

Efter förstärkning kommer utspänningen att vara

Av = Vout / Vin 3 = Vout / 2V Vout = 6V

Exempelkretsen visas i bilden ovan. R2 är återkopplingsmotståndet och den förstärkta utgången kommer att vara tre gånger än ingången.

Spänningsföljare eller enhetsförstärkare

Som diskuterats tidigare, om vi gör Rf eller R2 som 0, betyder det att det inte finns något motstånd i R2, och motståndet R1 är lika med oändligheten, så kommer förstärkarens förstärkning att vara 1 eller så uppnår enhetsförstärkningen. Eftersom det inte finns något motstånd i R2, kortsluts utgången med den negativa eller inverterade ingången på op-amp. Eftersom förstärkningen är 1 eller enhet kallas denna konfiguration som enhetsförstärkarkonfiguration eller spänningsföljare eller buffert.

När vi lägger insignalen över den positiva ingången på op-amp och utsignalen är i fas med insignalen med en 1x förstärkning, får vi samma signal över förstärkarutgången. Således är utspänningen densamma som ingångsspänningen. Spänning ut = Spänning in.

Så det kommer att följa ingångsspänningen och producera samma replika signal över sin utgång. Det är därför det kallas en spänningsföljarkrets.

Den ingångsimpedans av op-förstärkaren är mycket hög när en spänningsföljare eller enhetsförstärkning konfiguration används. Ibland är ingångsimpedansen mycket högre än 1 Megohm. Så på grund av hög ingångsimpedans kan vi applicera svaga signaler över ingången och ingen ström kommer att strömma i ingångsstiftet från signalkällan till förstärkaren. Å andra sidan är utgångsimpedansen mycket låg, och den kommer att producera samma signalingång, i utgången.

I ovanstående bildspänning följer konfigurationen. Utgången är direkt ansluten över den negativa terminalen på op-amp. Förstärkningen av denna konfiguration är 1x.

Som vi vet, Förstärkning (Av) = Vout / Vin Så, 1 = Vout / Vin Vin = Vout.

På grund av hög ingångsimpedans är ingångsströmmen 0, så ingångseffekten är också 0. Spänningsföljaren ger stor effektförstärkning över dess utgång. På grund av detta beteende används spänningsföljaren som buffertkrets.

Buffertkonfiguration ger också bra signalisoleringsfaktor. På grund av denna funktion används spänningsföljarkrets i aktiva filter av Sallen-nyckeltyp där filtersteg isoleras från varandra med hjälp av spänningsföljare-op-amp-konfiguration.

Det finns även digitala buffertkretsar, som 74LS125, 74LS244 etc.

Eftersom vi kan kontrollera förstärkningen hos den icke-inverterande förstärkaren kan vi välja flera motståndsvärden och kan producera en icke-inverterande förstärkare med ett variabelt förstärkningsområde.

Icke-inverterande förstärkare används i ljudelektronik sektorer, såväl som i omfång, mixrar och olika platser där digital logik behövs med analog elektronik.