Zaloguj się
Wszystkie
8 maja 2023
1155
Schemat podstawowy
Trzy rezystory i op-amp. Podstawowy układ wzmacniacza nieodwracającego zbudowany na op-ampie przedstawiono na poniższym rysunku. Napięcie wejściowe jest podawane poprzez rezystor R3 do dodatniego wejścia op-ampa. Pomiędzy wyjściem a masą znajduje się obwód szeregowy dwóch rezystorów R1 i R2. Wejście ujemne jest podłączone do węzła obu rezystorów. Jako przykład rozpatrzmy wzmacniacz o wzmocnieniu dziesięć razy: napięcie wyjściowe jest dziesięć razy większe od napięcia wejściowego. Jak zobaczymy później, współczynnik wzmocnienia dziesięć zależy od stosunku R2 do R1. Dlatego bardzo ważne jest, aby R2 był dokładnie dziewięć razy większy od R1. Jeśli wybierzesz R1 równe 10 kΩ, R2 musi być równe 90 kΩ. Nie jest to wartość standardowa, ale dwa rezystory 180 kΩ połączone równolegle dadzą pożądaną wartość.
Wzmacniacz nieodwracający w praktyce
Budowa układu doświadczalnego. Na rysunku poniżej przedstawiono układ, który możesz wykorzystać do zrozumienia jego działania przy użyciu miernika uniwersalnego i regulowanego źródła napięcia. Podłącz regulowane napięcie stałe V do wejścia, przy czym punkty pomiarowe M1, M2 i M3 muszą pozostać dostępne dla końcówki przewodu pomiarowego twojego miernika uniwersalnego. Jeśli podłączysz układ do napięcia zasilającego, przekonasz się, że napięcie wyjściowe jest zawsze dziesięciokrotnie większe od napięcia wejściowego. Jest więc jasne, że musisz ograniczyć napięcie wejściowe do zakresu ±1 V. Jeśli zastosujesz większe napięcie wejściowe, to napięcie na wyjściu op-ampa zostanie ograniczone na jednym z napięć zasilających.
Jak działa ten układ? Op-amp ustawia swoje napięcie wyjściowe tak, aby nie było różnicy napięcia między dwoma wejściami. Załóżmy, że na wejściu przyłożysz napięcie +1 V. Napięcie to dociera do wejścia dodatniego przez rezystor R3.
Wartość tego rezystora jest bardzo mała w porównaniu z rezystancją wejściową op-ampa. Możesz więc założyć, że to napięcie dotrze do wejścia dodatniego op-ampa bez zmian.
Układ zadba teraz o to, aby na wejściu ujemnym również pojawiło się napięcie +1 V. To napięcie jest oczywiście również na węźle dzielnika napięcia R1-R2. Przez dwa oporniki dzielnika płynie ten sam prąd I. Można zaniedbać obciążenie wejściem ujemnym. Jeśli przez R1 i R2 płynie ten sam prąd, to spadki napięć na tych rezystorach są wyznaczone stosunkiem ich wartości. R2 jest dziewięć razy większy od R1, więc spadek napięcia na R2 będzie również dziewięć razy większy od spadku napięcia na R1. Ta ostatnia wartość to 1 V, więc zmierzymy 9 V na R2. Napięcia na R1 i R2 są szeregowe, o tej samej polaryzacji. Napięcie na wyjściu układu wynosi 1 V + 9 V = 10 V. Układ wzmocnił napięcie wejściowe dokładnie dziesięć razy.
Właściwości układu
Wzmocnienie napięciowe. Wzmocnienie napięciowe jest określone przez stosunek R1 i R2. Jeśli wybierzesz rezystor 1 kΩ dla R1 i rezystor 99 kΩ dla R2, to układ wzmocni 100 razy. Zatem współczynnik wzmocnienia tego układu może osiągać bardzo duże wartości. Wartość R3 nie jest tak krytyczna: zwykle wybiera się wartość, która jest w przybliżeniu równa równoległemu połączeniu R1 i R2.
Impedancja wejściowa. Impedancja wejściowa wzmacniacza jest bardzo duża. Ponieważ napięcie na wejściu ujemnym podąża za wartością napięcia wejściowego, nie ma spadku napięcia na szeregowo połączonych R3 i Zi op-ampa. Przez R3 nie płynie więc żaden prąd, wejście nie stanowi żadnego obciążenia.
Wpływ przesunięcia
Niekorzystne zjawisko. Za pomocą tego układu można bardzo ładnie zademonstrować wpływ offsetu. Podłącz wejście wzmacniacza do masy. Zwiększ wzmocnienie układu zmniejszając R1 do 1 kΩ. W zasadzie powinieneś teraz zmierzyć również zero woltów na wyjściu. Jednak prawdopodobnie zmierzysz napięcie o wartości kilkuset miliwoltów, dodatnie lub ujemne. Jest to spowodowane offsetem op-ampa, o którym była już mowa na początku tego kursu.
Kompensacja offsetu. Offset (przesunięcie) jest bardzo niepożądany i dlatego prawie wszystkie op-ampy mają dwie końcówki, do których możesz podłączyć potencjometr regulacyjny służący do skompensowania tego offsetu. Jeśli uwzględniłeś tę funkcję w swoim układzie eksperymentalnym, możesz teraz skompensować offset. Obracaj potencjometrem kompensacyjnym, aż na wyjściu pojawi się zero woltów przy zerowym napięciu na wejściu. Jest jasne, że wpływ offsetu wzrasta, jeśli układ ma większe wzmocnienie. Przecież offset wprowadza niewielkie napięcie różnicowe między dwoma wejściami i to napięcie różnicowe jest wzmacniane ze współczynnikiem wzmocnienia określonym przez R1 i R2. Napięcie przesunięcia 1 mV powoduje już błąd na wyjściu 0,1 V przy wzmocnieniu ×100! Dlatego w układach o dużych współczynnikach wzmocnienia kompensacja offsetu jest absolutnie niezbędna.
Podsumowanie
Jak zwykle na ostatnim rysunku tego tematu przedstawiono przegląd właściwości op-ampa, pracującego jako wzmacniacz nieodwracający.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
