Zaloguj się
Wszystkie
6 kwietnia 2023
1970
Schemat wzmacniacza odwracającego
Jeden op-amp, trzy rezystory Napięcie wejściowe jest podawane na ujemne wejście op-ampa przez rezystor R1. Pomiędzy tym wejściem a wyjściem znajduje się rezystor sprzężenia zwrotnego R2. Dodatnie wejście wzmacniacza operacyjnego jest połączone z masą poprzez rezystor R3.
Jeśli przerobiłeś poprzednie lekcje tego kursu, to zauważysz, że ten schemat przypomina jak dwie krople wody schemat „Op-amp jako inwerter”. Ma to sens, ponieważ w rzeczywistości inwerter jest szczególnym przypadkiem wzmacniacza odwracającego, a mianowicie takiego, którego wzmocnienie wynosi dokładnie –1.
Obwód doświadczalny
Na poniższym rysunku schemat ogólny został zastąpiony konkretnymi wartościami rezystancji:
R1 = 10 kΩ
R2 = 100 kΩ
R3 = 10 kΩ
Takie wartości rezystorów dają wzmacniacz x(–10). Znak minus wskazuje na inwersyjne działanie układu: jeśli napięcie wejściowe jest dodatnie, to napięcie na wyjściu będzie ujemne. Różnica między wartością bezwzględną napięcia na wejściu i wyjściu jest określona przez współczynnik wzmocnienia, który w przykładzie wynosi 10. Napięcie +0,5 V na wejściu skutkuje napięciem –5 V na wyjściu.
Zbuduj układ zgodnie z powyższym schematem. Podłącz wejście 1 V do napięcia stałego o wartości 0,5 V. Punkty M1, M2 i M3 to punkty pomiaru napięć woltomierzami, których drugi zacisk wejściowy jest podłączony do masy układu. Jeśli włączysz zasilanie, na M3 rzeczywiście można zmierzyć –5 V.
Działanie układu
Jednakowe napięcia na obu wejściach Działanie układu można jak zawsze wytłumaczyć tym, że op-amp sprowadza różnicę napięć pomiędzy dwoma wejściami do zera. Wejście dodatnie jest ustawione na zero woltów, ponieważ to wejście jest uziemione poprzez R3. Zatem napięcie na wejściu ujemnym również będzie równe zeru. Napięcie 0,5 V odkłada więc na rezystorze R1 w taki sposób, że jego lewa końcówka jest dodatnia w stosunku do prawej. Prąd, który płynie przez R1 w wyniku tego spadku napięcia, nie może płynąć w innym kierunku niż przez R2.
Impedancja wejściowa op-ampa jest bardzo duża i nie obciąża stosunkowo mało impedancyjnego dzielnika rezystorowego R1/R2. Jeśli przez dwa rezystory płynie ten sam prąd, to spadki napięć na tych rezystorach są proporcjonalne do ich wartości. R2 jest dziesięć razy większy od R1, więc spadek napięcia na nim będzie również dziesięć razy większy niż na R1. Spadek napięcia na R1 wynosi 0,5 V, więc na R2 można zmierzyć napięcie 5 V. Ważna jest biegunowość tego napięcia. Ponieważ prąd I płynie przez oba oporniki w tym samym kierunku, biegunowość obu spadków napięcia również będzie identyczna. Lewa końcówka R2 jest więc dodatnia w stosunku do prawej. Ponieważ lewa końcówka R2 jest ustawiona na 0 V, na prawej końcówce musi być zatem napięcie –5 V.
Współczynnik wzmocnienia
Wielkość ta jest określana przez stosunek rezystorów R2 i R1. Dla R3 ponownie wybieramy rezystancję zastępczą równoległego połączenia R1 i R2.
Impedancja wejściowa
Impedancja wejściowa jest całkowicie określona przez wartość rezystora R1. Ostatecznie wejście odwracające ma zawsze potencjał 0 V. Nazywa się to „wirtualnym punktem masy”. Punkt ten nie znajduje się tak naprawdę na masie, ale ma potencjał masy.
Z powodu tej właściwości wzmacniacz odwracający jest idealnym układem do projektowania stopnia, który musi mieć bardzo dobrze zdefiniowaną impedancję wejściową. Niektóre źródła napięcia (mikrofony!) wymagają określonej impedancji obciążenia, na przykład 47 kΩ. Dzięki wzmacniaczowi odwracającemu możesz nie tylko wzmocnić sygnał ze źródła napięcia, ale także zapewnić, że źródło jest obciążone właściwą rezystancją. Wystarcza zapewnić, aby wartość R1 była równa wymaganej rezystancji obciążenia.
Podsumowanie
Jak zwykle ostatni rysunek tej lekcji podsumowuje najważniejsze właściwości wzmacniacza odwracającego.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
