Инвертирующий усилитель: применение в качестве трансрезистивного усилителя

Как мы видели в предыдущих обсуждениях, коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя (ОУ) может быть чрезвычайно высоким, около 1,000,000 или больше. Этот очень высокий коэффициент усиления делает операционный усилитель очень нестабильным, а очень слабый входной сигнал, даже если они выражены в мкВ, достаточен, чтобы выходное напряжение вырастало до неконтролируемой степени, где они насыщаются, и мы полностью теряем контроль над выходом. Поэтому мы собираемся изучить обратную связь и инвертирующий усилитель как решение вышеупомянутых связанных проблем.

Насыщенность

Прежде чем изучать инвертирующий усилитель, нам нужно узнать об обратных связях и о том, что подразумевается под насыщением. Выходное напряжение операционного усилителя ограничено минимальным и максимальным значениями, которые почти равны подаваемому напряжению питания.

Соединение выхода со входом через внешнюю проводку известно как соединение обратной связи. Обычно существует два типа обратной связи: положительная и отрицательная.

Отрицательная обратная связь и конфигурация инвертирующего операционного усилителя

Если обратная связь подключена к входной клемме инвертирующего усилителя (отрицательной) операционного усилителя с помощью подходящего резистора, называемого резистором обратной связи, то обратная связь называется отрицательной обратной связью. И, если обратная связь устанавливается между выходом и неинвертирующим (положительным) выводом операционного усилителя через подходящий резистор обратной связи, то это называется положительной обратной связью. В большинстве приложений операционного усилителя наиболее широко используется отрицательная обратная связь.

Отрицательная обратная связь приводит к другому значению напряжения на инвертирующем входе (-ve), что приводит к новому сигналу, а не к фактическому входному сигналу, поскольку инвертирующее напряжение на клеммах будет суммированием напряжений и отрицательного напряжения обратной связи, поступающего от выходной терминал. Следовательно, чтобы отделить фактический входной сигнал от входного сигнала инвертирующего терминала, необходимо использовать входной резистор R₁ используется.

Если мы рассмотрим идеальную эквивалентную схему, коэффициент усиления по напряжению с обратной связью равен

В частности, если выходное напряжение составляет V_O, в тот момент

Коэффициент усиления A будет бесконечным; напряжение V₁ идиллически оказываются равными V₂. Это обозначается как состояние виртуального короткого замыкания. Фактически короткое замыкание показывает, что независимо от того, есть ли напряжение на одной из входных клемм, автоматически действует на другую входную клемму из-за бесконечного или практически очень высокого усиления. Неинвертирующая клемма 2 заземлена, поэтому V₂= 0 и V₁ = 0. Следовательно, клемма 1 фактически заземлена, что означает, что она фактически представляет ноль вольт даже без заземления.

Инвертирование конфигурации и работы усилителя

Текущий я₁ через R₁ можно представить как:

Этот ток i1 не может пройти через операционный усилитель, так как идеальный инвертирующий усилитель имеет бесконечное входное сопротивление и, следовательно, рисует ноль Текущий. Поэтому я! пройдет через резистор R2 и пойдет к клемме №. 3.

Применяя закон Ома, можно определить V_o как:

V_o V =₁ - i₁R₂

     = 0 -

Следовательно, коэффициент усиления по напряжению в замкнутом контуре равен:

Как мы заметили, –ve сопровождает коэффициент усиления с обратной связью, следовательно, эта конфигурация операционного усилителя распознается как инвертирующая.

Из-за концепции виртуального заземления входное сопротивление определяется как R_i V =_i/i₁ = R₁

Уравнение для выходного напряжения (В_o) означает, что схема работает линейно при постоянном коэффициенте усиления A_v как V_o V =_i х А_v. Это свойство очень полезно для преобразования сигнала небольшой амплитуды в сигнал гораздо большего напряжения. А так как нет Конденсаторы в схеме инвертирующего операционного усилителя, следовательно, входное и выходное напряжения, а также токи в резисторах могут быть сигналами постоянного тока, и, следовательно, операционный усилитель сможет усиливать и сигналы постоянного тока.

Применение инвертирующего усилителя

Что такое усилитель сопротивления?

Усилитель сопротивления или преобразователь тока в напряжение

Очень полезным применением инвертирующего операционного усилителя является трансимпедансный усилитель или преобразователь тока в напряжение. Транс-сопротивление или транс-импедансный операционный усилитель используется в качестве схемы преобразователя тока в напряжение. Они широко используются при проектировании схем, так как это хорошо для преобразования очень небольшого тока, генерируемого схемой или датчиком, в достаточно высокое пропорциональное выходное напряжение.

Рассмотрим схему на рисунке. Входное сопротивление R_i в виртуальном узле R_i V =₁/i₁ = 0, как изучалось ранее.

Текущий я₁ практически равно I_s и так,

i₂ = я₁ = Я_s

И, V_o = -i₂R_f = -Я_sR_f

Напряжение o / p прямо пропорционально току сигнала, а сопротивление обратной связи R_f эквивалентно отношению выходного напряжения к току на входной клемме.

Мы будем узнавать о неинвертирующий усилитель в ближайшем разделе.

Дополнительные статьи по электронике нажмите здесь.