Введение в неинвертирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель - это еще один режим работы стандартного усилителя. Как известно, типовые усилители имеют два вывода - инвертирующий и неинвертирующий. Когда входы поступают через неинвертирующие клеммы, такой режим работы известен как неинвертирующий усилитель.
Теория неинвертирующего усилителя
Принцип работы или теория, лежащая в основе неинвертирующего усилителя, такая же, как и у инвертирующего усилителя, а для неинвертирующего усилителя вход подается на неинвертирующий терминал. Усилитель усиливает выходной сигнал с определенным коэффициентом усиления и передает его в производство. Коэффициент усиления зависит от значений сопротивления, и система обратной связи соединена с инвертирующим усилителем для создания отрицательной обратной связи в системе. Поскольку система имеет отрицательную обратную связь, этот усилитель имеет большую стабильность, но меньшее усиление, чем инвертирующий усилитель с такими же значениями сопротивления.
Принципиальная схема неинвертирующего усилителя
На изображении ниже изображена принципиальная схема неинвертирующего усилителя. На изображении ниже Vin - входное напряжение для усилителя, R1 - сопротивление первичной обмотки, Rf - сопротивление обратной связи, а «I» - ток через сопротивление обратной связи. Внимательно изучите изображение, поскольку в статье оно будет называться изображением неинвертирующего усилителя.
Конструкция неинвертирующего усилителя
Проектирование неинвертирующий усилитель это довольно простая и понятная задача. Первоначально операционный усилитель настроен на положительную и отрицательную полярность. опорное напряжение и заземляющие контакты выполнены в соответствии с требованиями. Теперь, поскольку это неинвертирующий усилитель, входное напряжение подается на неинвертирующий вывод, а инвертирующий вывод подключен к земле через сопротивление, а стандартное сопротивление обратной связи связано с инвертирующим усилителем для обеспечения -ve. обратная связь в цепи неинвертирующего усилителя.
Как работает неинвертирующий усилитель?
Неинвертирующий усилитель усиливает входной сигнал, подаваемый на неинвертирующий усилитель, а сопротивления в конструкции усилителя действуют как коэффициент усиления в конкретном математическом уравнении. Из-за виртуального заземления напряжение точки B также появляется на конце «A». Таким образом, узел A имеет то же напряжение, что и входное напряжение. Опять же, через инвертирующий вывод будет протекать тот же ток, что и в цепи обратной связи.
Вывод неинвертирующего усилителя
Выведем уравнения неинвертирующего усилителя и другие важные формулы. Сначала предположим, что для усилителя работает виртуальное замыкание.
Тогда напряжение в узле B будет равно напряжению в узле A.
Теперь VB = Vin.
Таким образом, Vin также появится в узле A. Следовательно, мы можем сказать:
ВА = Вин.
Предположим, что выходное напряжение равно Vo. Сопротивление обратной связи называется Rf. Ток в цепи обратной связи равен «I». «Я» можно записать, как показано ниже.
I = (Vo - VA) / Rf
Или I = (Vo / Rf) - (VA / Rf) —- (1)
Такой же ток протекает через инвертирующий терминал. Итак, уравнение для этого терминала,
I = (VA - 0) / R1 = VA / R1 = Vin / R1 —- (2)
Приравнивая уравнение (1) и уравнение (2), мы можем записать -
(Vo / Rf) - (Vin / Rf) = Vin / R1
Или Vo / Rf = Vin / R1 + (Vin / Rf)
Или Vo / Rf = Vin [(1 / R1) + (1 / Rf)]
Или Vo / Rf = Vin [(Rf + R1) / (R1 Rf)]
Или Vo = Vin [(Rf + R1) / R1]
Или V0 = Vin [1 + (Rf / R1)]
Это конечный выход неинвертирующего усилителя.
Неинвертирующий усилитель Уравнение
Окончательное выходное уравнение схемы известно как уравнение неинвертирующего усилителя. Уравнение показывает соотношение между входным и выходным напряжением. Коэффициент усиления также можно наблюдать в уравнении.
V0 = Vin [1 + (Rf / R1)]
Это уравнение неинвертирующего усилителя. Rf - сопротивление обратной связи, R1 - сопротивление, подключенное к инвертирующей клемме. Значения этих сопротивлений влияют на входное напряжение. Как мы видим, если значение (Rf / R1) больше 1, то мы выиграли в системе. Таким образом, коэффициент (Rf / R1) необходимо увеличить как можно больше. Но до некоторой степени это можно сделать.
Неинвертирующий усилитель Vout
Vout или выходное напряжение неинвертирующего усилителя говорит нам, почему этот набор операций в усилителе называется неинвертирующим усилителем. Выходное уравнение неинвертирующего усилителя задается как V0 = Vin [1 + (Rf / R1)].
Из приведенного выше уравнения мы можем заметить, что выходное и входное напряжение находятся в одной фазе работы. В отличие от инвертирующего терминала, выход усилителя не инвертируется в отрицательную фазу. Вот почему рабочая установка называется неинвертирующим усилителем.
Входное сопротивление неинвертирующего усилителя
Идеальный операционный усилитель обладает свойством высокого входного импеданса, и поэтому каждый усилитель спроектирован так, чтобы иметь большее входное сопротивление. Неинвертирующие усилители - не исключение. Они показывают более высокие входные сопротивления при работе.
Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя
Выход усилителя - это вход, умноженный на коэффициент усиления. Коэффициент усиления усилителей зависит от значений сопротивления и типа обратной связи усилителя. Для системы с отрицательной обратной связью усиление уменьшилось, а стабильность системы увеличилась, а для положительной обратной связи усиление выше, но сила системы снизилась.
Для уравнения: Vвых = k * Вин, k - коэффициент усиления усилителя.
(Следует отметить: коэффициент усиления - это отношение выходного напряжения к подаваемому входному напряжению. Вот почему у него нет единиц измерения.)
Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя
Ранее мы обсуждали, что такое усиление для неинвертирующего усилителя. Выясним точное выражение для коэффициента усиления неинвертирующего усилителя.
Общее выражение выходного напряжения усилителя: Vвых = к * Вин.
O / P equn неинвертирующего усилителя, сформулированного как
V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin.
Таким образом, k можно вычислить, сравнив два приведенных выше уравнения.
к = [1 + (Rf / R1)].
Это выражение резистора известно как коэффициент усиления неинвертирующего усилителя, и отсюда мы можем заметить, что если Rf = R1, Vo = 2 * Vin. Таким образом, входное напряжение усиливается в 2 раза. Отношение (Rf / R1) обычно регулирует усиление. Увеличение Rf увеличивает значение усиления.
Неинвертирующий операционный усилитель с отрицательным усилением
Подробный анализ коэффициента усиления неинвертирующего ОУ делается ранее. Отрицательное усиление неинвертирующего операционного усилителя называется точным усилением усилителя. Ему дается другая номенклатура, потому что операционный усилитель снабжен отрицательной обратной связью. Хотя этот термин вводит в заблуждение, многие читатели считают, что он указывает на то, что неинвертирующий усилитель обеспечивает отрицательную величину коэффициента усиления.
Передаточная функция неинвертирующего усилителя
Передаточная функция системы относится к процессу, который описывает или предоставляет выходные данные для каждого входа. Поскольку усилитель принимает два входа и усиливает их, передаточная функция будет отражать то же самое. Передаточную функцию можно записать как:
Vo = к * Vi
Здесь Vo и Vi - два входа, а k - коэффициент усиления.
Макетная плата неинвертирующего усилителя
Чтобы наблюдать и исследовать функциональность неинвертирующего усилителя в реальных условиях, нам нужно сделать схему с использованием печатной платы или макета. Для эксперимента требуется некоторое оборудование. Они перечислены ниже.
- Сопротивления 1 кОм и XNUMX кОм.
- IC741
- Подключение проводов
- CRO
- макетировать
- Источник постоянного напряжения
Подключение макета показано ниже. Подключите оборудование правильно и наблюдайте за формой выходного сигнала в CRO.
Полоса пропускания неинвертирующего усилителя
Прежде чем узнать о полосе пропускания неинвертирующего усилителя, дайте нам знать полосу пропускания усилителя. Полоса пропускания упоминается как диапазон частот, при котором усилитель усилителя превышает 70.7%.
Полоса пропускания неинвертирующего усилителя определяется путем рассмотрения произведения усиления на ширину полосы и последующего деления его на неинвертирующее усиление.
Неинвертирующий фазовый сдвиг усилителя
Обычно фазовый сдвиг называется изменением величины входного сигнала. Есть черный ящик, и мы обеспечиваем входной сигнал +5 В. Теперь, если мы получаем -10 В на выходе, то внутри черного ящика есть фазовый сдвиг. То же самое и с усилителями. Поскольку мы обеспечиваем вход для неинвертирующего усилителя, фаза выходного напряжения не изменяется. Итак, мы можем сказать, что есть 0o изменение вывода. Для инвертирующего терминала фазовый сдвиг -180o.
Коэффициент усиления неинвертирующего суммирующего усилителя
Суммирующий усилитель обеспечивает усиленное суммирование входных напряжений в качестве выходных. В приведенной ниже схеме мы задали два входных напряжения как V1 и V2 на неинвертирующем выводе усилителя, поскольку мы хотим создать неинвертирующий вход. суммирующий усилитель.
Применяя теорию суперпозиции для определения напряжения в узлах, мы приравниваем значения тока из ветви обратной связи и ветви инвертирующего терминала.
Выходное уравнение выглядит следующим образом: Vout = [1 + (Rf / Ra)] * [(V1 + V2) / 2]
Таким образом, коэффициент усиления неинвертирующего суммирующего усилителя составляет [1 + (Rf / Ra)], и это аналогично типичным неинвертирующим усилителям.
Применение неинвертирующего усилителя | Не инвертирующий усилитель использует.
- Одним из важных применений неинвертирующего усилителя является обеспечение высокого входного импеданса, и этот неинвертирующий операционный усилитель очень эффективен для этого.
- Неинвертирующие операционные усилители используются для различения небольших схем внутри каскадного и сложного курсов.
- Они также используются при изменении коэффициента усиления.
Для чего используются неинвертирующие усилители?
Неинвертирующие усилители используются из-за их высоких значений импеданса и лучшей стабильности из-за отрицательной обратной связи и усиления. Свойство неинвертирующего усилителя, который дает усиление или сопротивление на выходе, сделало его известным благодаря дифференциации схем для каскадных систем.
Инвертирующий и неинвертирующий шум усилителя
Инвертирующие усилители обеспечивают большее усиление шума, чем неинвертирующие усилители. Это происходит потому, что источник тока и напряжения находят разные значения усиления по сравнению с выходом. Коэффициент усиления шума - очень важный параметр для измерения характеристик усилителя.
Неинвертирующий буферный усилитель
Неинвертирующий буферный усилитель, или буферный усилитель, или буферный операционный усилитель - это особый тип операционного усилителя, который принимает единственный входной сигнал через неинвертирующий усилитель и обеспечивает единичное усиление. Инвертирующий терминал закорочен, а выход создает отрицательную обратную связь. Такие усилители предлагают высокий входной импеданс, более низкий выходной импеданс и высокий ток.
Буферы используются для автоматического выключателя или во избежание загрузки входа.
Неинвертирующий усилитель с конденсатором
Конденсатор может быть добавлен с неинвертирующим усилителем для реализации различных передаточных функций. Конденсатор может превратить неинвертирующий усилитель в интегратор или дифференциатор.
Используя конденсаторы, неинвертирующие усилители также могут быть преобразованы в цепи со связью по переменному току или «шину с половинным питанием».
Неинвертирующий усилитель с опорным напряжением
Неинвертирующие усилители конфигурируются с опорными напряжениями. Эталонные напряжения необходимы для операционных усилителей, поскольку они являются ограничивающим пределом для выходов. Усилитель не может выйти за пределы положительного опорного напряжения или опускается ниже отрицательного опорного напряжения.
Часто задаваемые вопросы
1. Для чего нужен неинвертирующий усилитель?
Ответ: Неинвертирующие усилители используются из-за их высоких значений импеданса и лучшей стабильности из-за отрицательной обратной связи и усиления. Свойство неинвертирующего усилителя, который дает усиление или сопротивление на выходе, сделало его известным благодаря дифференциации схем для каскадных систем.
2. Какой усилитель лучше инвертирующий или неинвертирующий?
Ответ: Инвертирующие усилители более предпочтительны, чем неинвертирующие усилители. Скорость нарастания и коэффициент подавления стандартной моды (CMRR) у инвертирующего усилителя выше, чем у неинвертирующего усилителя.
3. Нарисуйте форму сигнала неинвертирующего усилителя.
Ответ: На изображении ниже показана форма волны неинвертирующего усилителя. Мы можем заметить, что выход усилен и находится в той же фазе, что и вход.
4. Для каких приложений используется инвертирующий усилитель и для каких применений - неинвертирующий усилитель?
Ответ: В приложениях, где пользователю требуется более высокое усиление, лучшая скорость нарастания и лучший CMRR, выбирают инвертирующий усилитель. А если пользователю нужна более высокая динамическая стабильность системы, он должен выбрать неинвертирующий усилитель.
5. Каковы преимущества инвертирующего усилителя по сравнению с неинвертирующим?
Ответ: Инвертирующий усилитель обеспечивает большее усиление, лучшую скорость нарастания и более высокий CMRR, чем неинвертирующий усилитель.
6. Каковы типичные условия работы неинвертирующего усилителя в линейной области?
Ответ: Рассмотрим, Rs является типичным входное сопротивление, Rf является сопротивление обратной связи, Vcc является напряжение насыщения, и Vg это опорное напряжение. Условие для работы в линейной области идеального операционного усилителя будет:
(Rs + Rf) / Rs> | Vcc / vg |
7. Почему виртуальное заземление не применяется к неинвертирующему усилителю?
Ответ: Хотя учащиеся часто задают вопрос, проблема связана с технической ошибкой. Виртуальное заземление - это свойство усилителя, но это не закон, который может быть применен на самом деле. Теперь для неинвертирующего терминала в цепи нет узла, что нехорошо.
8. Почему IP-сопротивление инвертирующего и неинвертирующего opam бесконечно?
Ответ: Входное сопротивление неинвертирующего ОУ бесконечно, но практически, если это значение импеданса увеличивается, тем меньше ток он будет фактически потреблять. Это условие необходимо для того, чтобы операционный усилитель эффективно работал и усиливал слабый сигнал.
9. Почему в неинвертирующем усилителе нет напряжения на резисторе обратной связи?
Ответ: Для повторитель напряжения неинвертирующая схема, нет падения напряжения через инвертирующий вывод и в идеальном случае через резистор не должно проходить тока.
10. Почему значение резисторов обратной связи должно быть больше, чем значение входных резисторов в случае неинвертирующего усилителя OP?
Ответ: Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя определяется как [1 + (Rf / Ra)]. Мы можем заметить, что увеличение Rf (сопротивления обратной связи) увеличивает общий коэффициент усиления системы. Вот почему номинал резистора обратной связи лучше, чем значения входного сопротивления.
11. Что произойдет, если я захочу добавить конденсатор положительной обратной связи в неинвертирующий усилитель? Что с шумом и запасом по фазе?
Ответ: Если вы добавите конденсатор положительной обратной связи к неинвертирующему усилителю, схема будет работать как мультивибратор. Значение RC будет контролировать колебания. Запас по шумам и фазе не так важен.
Дополнительные статьи по электронике нажмите здесь.
