Ứng dụng Op-Amp
Một mạch được cho là linear, nếu tồn tại một mối quan hệ tuyến tính giữa đầu vào và đầu ra của nó. Tương tự, một mạch được cho lànon-linear, nếu tồn tại một mối quan hệ phi tuyến tính giữa đầu vào và đầu ra của nó.
Op-amps có thể được sử dụng trong cả ứng dụng tuyến tính và phi tuyến tính. Sau đây là các ứng dụng cơ bản của op-amp -
- Bộ khuếch đại đảo
- Bộ khuếch đại không đảo
- Người theo dõi điện áp
Chương này thảo luận chi tiết về các ứng dụng cơ bản này.
Bộ khuếch đại đảo
Bộ khuếch đại đảo ngược lấy đầu vào qua đầu nối đảo của nó thông qua điện trở $ R_ {1} $ và tạo ra phiên bản khuếch đại của nó làm đầu ra. Bộ khuếch đại này không chỉ khuếch đại đầu vào mà còn đảo ngược nó (thay đổi dấu hiệu của nó).
Các circuit diagram của một bộ khuếch đại đảo được thể hiện trong hình sau:
Lưu ý rằng đối với op-amp, điện áp tại cực đầu vào đảo ngược bằng điện áp tại cực đầu vào không đảo của nó. Về mặt vật lý, không có khoảng cách giữa hai thiết bị đầu cuối đó nhưngvirtually, họ đang ở trong short với nhau.
Trong mạch hiển thị ở trên, đầu cuối đầu vào không đảo ngược được kết nối với đất. Điều đó có nghĩa là 0 volt được áp dụng ở đầu vào không đảo ngược của op-amp.
Theo virtual short concept, điện áp tại cực đầu vào đảo ngược của op-amp sẽ bằng 0 vôn.
Các nodal equation tại nút của thiết bị đầu cuối này như được hiển thị bên dưới:
$$ \ frac {0-V_i} {R_1} + \ frac {0-V_0} {R_f} = 0 $$
$$ => \ frac {-V_i} {R_1} = \ frac {V_0} {R_f} $$
$$ => V_ {0} = \ left (\ frac {-R_f} {R_1} \ right) V_ {t} $$
$$ => \ frac {V_0} {V_i} = \ frac {-R_f} {R_1} $$
Tỷ số giữa điện áp đầu ra $ V_ {0} $ và điện áp đầu vào $ V_ {i} $ là độ lợi điện áp hoặc độ lợi của bộ khuếch đại. Do đó,gain of inverting amplifier bằng $ - \ frac {R_f} {R_1} $.
Lưu ý rằng độ lợi của bộ khuếch đại đảo đang có negative sign. Nó chỉ ra rằng tồn tại độ lệch pha 180 0 giữa đầu vào và đầu ra.
Bộ khuếch đại không đảo
Bộ khuếch đại không đảo lấy đầu vào thông qua thiết bị đầu cuối không đảo của nó và tạo ra phiên bản khuếch đại của nó làm đầu ra. Như tên cho thấy, bộ khuếch đại này chỉ khuếch đại đầu vào, không đảo ngược hoặc thay đổi dấu hiệu của đầu ra.
Các circuit diagram của một bộ khuếch đại không đảo được thể hiện trong hình sau:
Trong mạch trên, điện áp đầu vào $ V_ {i} $ được áp dụng trực tiếp cho cực đầu vào không đảo của op-amp. Vì vậy, điện áp tại cực đầu vào không đảo của op-amp sẽ là $ V_ {i} $.
Bằng cách sử dụng voltage division principle, chúng ta có thể tính toán điện áp tại cực đầu vào đảo ngược của op-amp như hình dưới đây -
$$ => V_ {1} = V_ {0} \ left (\ frac {R_1} {R_1 + R_f} \ right) $$
Theo virtual short concept, điện áp tại cực đầu vào đảo ngược của op-amp giống như điện áp tại cực đầu vào không đảo của nó.
$$ => V_ {1} = V_ {i} $$
$$ => V_ {0} \ left (\ frac {R_1} {R_1 + R_f} \ right) = V_ {i} $$
$$ => \ frac {V_0} {V_i} = \ frac {R_1 + R_f} {R_1} $$
$$ => \ frac {V_0} {V_i} = 1 + \ frac {R_f} {R_1} $$
Bây giờ, tỷ số của điện áp đầu ra $ V_ {0} $ và điện áp đầu vào $ V_ {i} $ hoặc độ lợi điện áp hoặc gain of the non-inverting amplifier bằng $ 1 + \ frac {R_f} {R_1} $.
Lưu ý rằng độ lợi của bộ khuếch đại không đảo đang có positive sign. Nó chỉ ra rằng không có sự lệch pha giữa đầu vào và đầu ra.
Người theo dõi điện áp
A voltage followerlà một mạch điện tử, tạo ra một đầu ra tuân theo điện áp đầu vào. Đó là một trường hợp đặc biệt của bộ khuếch đại không đảo.
Nếu chúng ta coi giá trị của điện trở phản hồi, $ R_ {f} $ là 0 ohms và (hoặc) giá trị của điện trở, 1 là ohms vô cực, thì bộ khuếch đại không đảo sẽ trở thành bộ theo điện áp. Cáccircuit diagram của bộ theo điện áp được hiển thị trong hình sau:
Trong mạch trên, điện áp đầu vào $ V_ {i} $ được áp dụng trực tiếp cho đầu cuối đầu vào không đảo ngược của op-amp. Vì vậy, điện áp tại cực đầu vào không nghịch đảo của op-amp bằng $ V_ {i} $. Ở đây, đầu ra được kết nối trực tiếp với thiết bị đầu cuối đầu vào đảo ngược của opamp. Do đó, điện áp tại cực đầu vào đảo ngược của op-amp bằng $ V_ {0} $.
Theo virtual short concept, điện áp tại cực đầu vào đảo ngược của op-amp giống như điện áp tại cực đầu vào không đảo của nó.
$$ => V_ {0} = V_ {i} $$
Vì vậy, điện áp đầu ra $ V_ {0} $ của bộ theo điện áp bằng điện áp đầu vào của nó $ V_ {i} $.
Do đó, gain of a voltage follower bằng một vì cả điện áp đầu ra $ V_ {0} $ và điện áp đầu vào $ V_ {i} $ của bộ theo điện áp đều giống nhau.