Aplikacje wzmacniacza operacyjnego
Mówi się, że to obwód linear, jeśli istnieje liniowa zależność między jego wejściem a wyjściem. Podobnie mówi się o obwodzienon-linear, jeśli istnieje nieliniowa zależność między jego wejściem a wyjściem.
Wzmacniacze operacyjne mogą być używane zarówno w zastosowaniach liniowych, jak i nieliniowych. Poniżej przedstawiono podstawowe zastosowania wzmacniacza operacyjnego -
- Wzmacniacz odwracający
- Wzmacniacz nieodwracający
- Popychacz napięcia
W tym rozdziale szczegółowo omówiono te podstawowe aplikacje.
Wzmacniacz odwracający
Wzmacniacz odwracający przepuszcza sygnał wejściowy przez swój zacisk odwracający przez rezystor $ R_ {1} $ i wytwarza swoją wzmocnioną wersję jako wyjście. Wzmacniacz ten nie tylko wzmacnia wejście, ale też je odwraca (zmienia jego znak).
Plik circuit diagram wzmacniacza odwracającego pokazano na poniższym rysunku -
Należy zauważyć, że w przypadku wzmacniacza operacyjnego napięcie na odwracającym zacisku wejściowym jest równe napięciu na jego nieodwracającym zacisku wejściowym. Fizycznie nie ma zwarcia między tymi dwoma terminalami, alevirtually, są w short ze sobą.
W pokazanym powyżej obwodzie nieodwracający zacisk wejściowy jest podłączony do masy. Oznacza to, że do nieodwracającego zacisku wejściowego wzmacniacza operacyjnego podawane jest zero woltów.
Według virtual short concept, napięcie na odwracającym zacisku wejściowym wzmacniacza operacyjnego będzie wynosić zero woltów.
Plik nodal equation w węźle tego terminala jest pokazane poniżej -
$$ \ frac {0-V_i} {R_1} + \ frac {0-V_0} {R_f} = 0 $$
$$ => \ frac {-V_i} {R_1} = \ frac {V_0} {R_f} $$
$$ => V_ {0} = \ left (\ frac {-R_f} {R_1} \ right) V_ {t} $$
$$ => \ frac {V_0} {V_i} = \ frac {-R_f} {R_1} $$
Stosunek napięcia wyjściowego $ V_ {0} $ i napięcia wejściowego $ V_ {i} $ jest wzmocnieniem lub wzmocnieniem napięcia wzmacniacza. Dlatego teżgain of inverting amplifier jest równe $ - \ frac {R_f} {R_1} $.
Zauważ, że wzmocnienie wzmacniacza odwracającego ma negative sign. Wskazuje, że istnieje różnica faz 180 0 między wejściem a wyjściem.
Wzmacniacz nieodwracający
Wzmacniacz nieodwracający pobiera sygnał wejściowy przez swój nieodwracający zacisk i wytwarza swoją wzmocnioną wersję jako wyjście. Jak nazwa sugeruje, wzmacniacz ten po prostu wzmacnia wejście, nie odwracając ani nie zmieniając znaku wyjścia.
Plik circuit diagram wzmacniacza nieodwracającego pokazano na poniższym rysunku -
W powyższym obwodzie napięcie wejściowe $ V_ {i} $ jest bezpośrednio przykładane do nieodwracającego zacisku wejściowego wzmacniacza operacyjnego. Zatem napięcie na nieodwracającym zacisku wejściowym wzmacniacza operacyjnego będzie wynosić $ V_ {i} $.
Używając voltage division principle, możemy obliczyć napięcie na odwracającym zacisku wejściowym wzmacniacza operacyjnego, jak pokazano poniżej -
$$ => V_ {1} = V_ {0} \ left (\ frac {R_1} {R_1 + R_f} \ right) $$
Według virtual short concept, napięcie na odwracającym zacisku wejściowym wzmacniacza operacyjnego jest takie samo, jak napięcie na jego nieodwracającym zacisku wejściowym.
$$ => V_ {1} = V_ {i} $$
$$ => V_ {0} \ left (\ frac {R_1} {R_1 + R_f} \ right) = V_ {i} $$
$$ => \ frac {V_0} {V_i} = \ frac {R_1 + R_f} {R_1} $$
$$ => \ frac {V_0} {V_i} = 1 + \ frac {R_f} {R_1} $$
Teraz stosunek napięcia wyjściowego $ V_ {0} $ i napięcia wejściowego $ V_ {i} $ lub wzmocnienia napięcia lub gain of the non-inverting amplifier równa się $ 1 + \ frac {R_f} {R_1} $.
Zauważ, że wzmocnienie nieodwracającego wzmacniacza ma positive sign. Wskazuje, że nie ma różnicy faz między wejściem a wyjściem.
Popychacz napięcia
ZA voltage followerjest obwodem elektronicznym, który wytwarza sygnał wyjściowy zgodny z napięciem wejściowym. Jest to szczególny przypadek wzmacniacza nieodwracającego.
Jeśli weźmiemy pod uwagę wartość rezystora sprzężenia zwrotnego, $ R_ {f} $ jako zero omów i (lub) wartość rezystora, 1 jako nieskończoność omów, wówczas nieodwracający wzmacniacz staje się wtórnikiem napięcia. Plikcircuit diagram wtórnika napięcia pokazano na poniższym rysunku -
W powyższym obwodzie napięcie wejściowe $ V_ {i} $ jest przykładane bezpośrednio do nieodwracającego zacisku wejściowego wzmacniacza operacyjnego. Zatem napięcie na nieodwracającym zacisku wejściowym wzmacniacza operacyjnego jest równe $ V_ {i} $. Tutaj wyjście jest bezpośrednio podłączone do odwracającego zacisku wejściowego opampa. Stąd napięcie na odwracającym zacisku wejściowym wzmacniacza operacyjnego jest równe $ V_ {0} $.
Według virtual short concept, napięcie na odwracającym zacisku wejściowym wzmacniacza operacyjnego jest takie samo, jak napięcie na jego nieodwracającym zacisku wejściowym.
$$ => V_ {0} = V_ {i} $$
Zatem napięcie wyjściowe $ V_ {0} $ wtórnika napięcia jest równe jego napięciu wejściowemu $ V_ {i} $.
Więc gain of a voltage follower jest równe jeden, ponieważ zarówno napięcie wyjściowe $ V_ {0} $, jak i napięcie wejściowe $ V_ {i} $ wtórnika napięcia są takie same.