Zaloguj się
Wszystkie
6 kwietnia 2023
919
Co to jest inwerter?
Dodatnie staje się ujemne, ujemne staje się dodatnie Pierwsze pytanie dotyczy jednak tego, co oznacza „sygnał odwrócony”. Na rysunku poniżej przedstawiono sygnał U1 i odwrócony sygnał U2. Napięcie końcowe jest w wartościach bezwzględnych zawsze równe oryginałowi. Jeśli U1 wynosi +3 V, to U2 wynosi -3 V. Wielkość sygnału nie zmienia się, ale polaryzacja tak. Odwrotność lub inwersja sygnału powstaje, gdy odbijamy ten sygnał lustrzanie wokół poziomej osi zerowej.
Inwerter z op-ampem
Tylko trzy elementy
Zbudowanie inwertera w układzie z tranzystorami to nie lada zadanie, natomiast op-amp rozwiązuje ten problem bardzo prosto – wymaga jedynie trzech rezystorów. Podstawowy schemat inwertera przedstawiono na poniższym rysunku. Sygnał wejściowy jest podłączony poprzez rezystor R1 do ujemnego wejścia op-ampa. Pomiędzy tym wejściem a wyjściem znajduje się tej samej wartości rezystor R2. Dodatnie wejście op-ampa jest połączone z masą poprzez rezystor R3 równy połowie wcześniej wymienionych rezystorów.
Inwerter w praktyce
Budowa obwodu eksperymentalnego
Na rysunku poniżej przedstawiono układ, za pomocą którego można sprawdzić działanie inwertera. Dodatnie wejście op-ampa jest uziemione przez rezystor R3. Nie dziwi więc fakt, że w punkcie pomiarowym M2, podłączonym do wejścia ujemnego, odczytujesz 0 V. Wiemy już z poprzednich lekcji, że op-amp dąży do uzyskania minimalnej różnicy napięcia między swoimi dwoma wejściami. Jeśli na wejściu dodatnim jest 0 V, to układ będzie starał się ustawić wejście ujemne również na 0 V. Efekt inwersji udowadnia się przykładając do wejścia (punkt pomiarowy M1) napięcie np. +1 V i odczytując napięcie na wyjściu (punkt pomiarowy M3). Wynosi ono –1 V.
Objaśnienie działania
Impedancja wejściowa op-ampa jest bardzo duża w porównaniu z wartością rezystorów R1 i R2. Rezystory R1 i R2 znajdują się w szeregu pomiędzy wejściem i wyjściem obwodu. Przez to połączenie szeregowe płynie prąd I, którego wielkość zależy od wartości napięcia wejściowego i wielkości obu rezystorów. Prąd płynący do op-ampa przez wejście ujemne jest pomijalnie mały, ze względu na dużą impedancję wejściową. Ponieważ R1 i R2 są tej samej wielkości, spadki napięć przez oba rezystory będą takie same. Nie ma innej możliwości, bo prawo Ohma mówi, że spadek napięcia na rezystorze jest równy iloczynowi natężenia prądu i rezystancji. Obie wielkości są równe dla obu rezystorów.
Napięcie wejściowe odkłada się na R1, gdyż wejście ujemne jest na potencjale masy. Jeśli spadek napięcia na R1 jest równy napięciu wejściowemu, to z definicji musisz zmierzyć taki sam spadek napięcia na R2.
Ustaw napięcie wejściowe równe +1 V. Napięcie to odkłada się na R1, z pokazaną polaryzacją: lewy zacisk dodatni względem prawego. Ponieważ przez R2 płynie ten sam prąd w tym samym kierunku, napięcie na tym rezystorze musi mieć taką samą polaryzację, tj. lewą końcówkę rezystora dodatnią w stosunku do prawej. A ponieważ lewa końcówka rezystora R2 jest uziemiona, to na jej prawej końcówce musi być napięcie –1 V. Czyli dokładnie odwrotnie do napięcia wejściowego!
Charakterystyka przenoszenia
Zależność między napięciem wejściowym a wyjściowym
Ten eksperyment pozwala zapoznać się z pojęciem „charakterystyki przenoszenia”. Jest to wykres, który pokazuje zależność między napięciem wyjściowym i wejściowym układu. Poniższy rysunek przedstawia charakterystykę przenoszenia wzmacniacza inwerterowego. Oś pozioma pokazuje napięcie przyłożone do wejścia, oś pionowa pokazuje napięcie na wyjściu.
Dopóki charakterystyka jest linią prostą, to napięcie wyjściowe jest odwrotnością napięcia wejściowego. Dla wartości napięcia wejściowego bliskiej napięciu zasilania następuje nasycenie napięcia wyjściowego.
Podsumowanie
Na rysunku poniżej przedstawiono przegląd właściwości inwertera. Wzmocnienie układu A’ jest równe –1. Znak minus oznacza działanie odwracające. Ważny jest wymóg, aby R1 był równy R2. Wszelkie odchylenia powodują, że napięcia wejściowe i wyjściowe nie są dokładnie równe (oczywiście w wartości bezwzględnej). Wartość R3 nie jest krytyczna, zazwyczaj rezystor ten dobiera się równy połowie R1.
Z faktu, że wejście ujemne jest uziemione, wynika, że impedancja wejściowa układu jest całkowicie zdeterminowana przez wartość R1. Rezystor ten jest przecież podłączony do wejścia ujemnego, które znajduje się w potencjale masy. Rwejściowa op-ampa nie odgrywa teraz żadnej roli!
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
