Amplificador operatiu inversor

Op-Amp (Operational Amplifier) és l’eix vertebrador de l’electrònica analògica. Un amplificador operacional és un component electrònic acoblat a CC que amplifica el voltatge d'una entrada diferencial mitjançant retroalimentació de resistència. Els amplificadors opcionals són populars per la seva versatilitat, ja que es poden configurar de moltes maneres i es poden utilitzar en diferents aspectes. Un circuit d'amplificadors operacionals consta de poques variables com a amplada de banda, impedància d'entrada i sortida, marge de guany, etc. Hi ha molts amplificadors opcionals disponibles en diferents paquets de circuits integrats (IC), alguns op amplificadors tenen dos o més amplificadors operatius en un sol paquet. LM358, LM741, LM386 són alguns dels circuits amplificadors d’Op que s’utilitzen habitualment. Podeu obtenir més informació sobre els amplificadors d’Op seguint la nostra secció de circuits d’amplificadors d’Op.

Un amplificador operatiu té dos pins d’entrada diferencials i un pin de sortida juntament amb pins d’alimentació. Aquests dos pins d'entrada diferencials són pin inversor o negatiu i pin no inversor o positiu. Un amplificador operatiu amplifica la diferència de tensió entre aquests dos pins d'entrada i proporciona la sortida amplificada a través del seu Vout o pin de sortida.

Depenent del tipus d’entrada, l’ampli operatiu es pot classificar com a amplificador inversor o amplificador sense inversió. En un anterior tutorial d'amplificadors operatius sense inversió, hem vist com utilitzar l'amplificador en una configuració sense inversió. En aquest tutorial, aprendrem a utilitzar op-amp en la configuració d'inversió.

Inversió de la configuració de l'amplificador operacional

Es diu amplificador inversor perquè l’ampli operatiu canvia l’angle de fase del senyal de sortida exactament desfasat de 180 graus respecte al senyal d’entrada. Igual que abans, utilitzem dues resistències externes per crear un circuit de retroalimentació i fer un circuit de bucle tancat a través de l'amplificador.

A la configuració sense inversió, hem proporcionat retroalimentació positiva a l’amplificador, però per a la configuració d’inversió, produïm retroalimentació negativa a través del circuit d’amplificador operatiu.

Vegem el diagrama de connexió per invertir la configuració de l'amplificador operatiu

A l’ampli operatiu inversor anterior, podem veure que R1 i R2 proporcionen la retroalimentació necessària a través del circuit d’amplificadors operatius. La resistència R2 és la resistència d’entrada de senyal i la resistència R1 és la resistència de retroalimentació. Aquest circuit de retroalimentació força la tensió diferencial d’entrada a gairebé zero.

La retroalimentació es connecta a través del terminal negatiu de l’ampli operatiu i el terminal positiu a la terra. El potencial de tensió de l'entrada d'inversió és el mateix que el potencial de tensió de l'entrada que no inverteix. Per tant, a través de l’entrada que no inverteix, es crea un punt de suma virtual de la Terra, que es troba en el mateix potencial que la terra o la Terra. L’amplificador operatiu actuarà com un amplificador diferencial.

Per tant, en cas d’invertir amplificador operatiu, no hi ha fluxos de corrent al terminal d’entrada, també la tensió d’entrada és igual al voltatge de retroalimentació a través de dues resistències, ja que totes dues són una font de terra virtual comuna. A causa de la terra virtual, la resistència d’entrada de l’amplificador operacional és igual a la resistència d’entrada de l’amplificador operacional que és R2. Aquest R2 té una relació amb el guany de bucle tancat i el guany es pot establir mitjançant la proporció de les resistències externes utilitzades com a retroalimentació.

Com que no hi ha flux de corrent al terminal d’entrada i la tensió diferencial d’entrada és nul·la, podem calcular el guany del bucle tancat de l’amplificador operatiu. Per obtenir més informació sobre el funcionament dels amplificadors d’Op i el seu funcionament, seguiu l’enllaç.

Guany d'amplificador operatiu inversor

A la imatge anterior, es mostren dues resistències R2 i R1, que són les resistències de retroalimentació del divisor de voltatge que s’utilitzen juntament amb l’amplificador operatiu inversor. R1 és la resistència de retroalimentació (Rf) i R2 és la resistència d’entrada (Rin). Si calculem el corrent que circula per la resistència, llavors-

i = (Vin - Vout) / (Rin (R2) - Rf (R1))

Com que el Dout és el punt mitjà del divisor, podem concloure

Com hem descrit anteriorment, a causa del punt de suma virtual del terra o del mateix node, la tensió de retroalimentació és 0, Dout = 0. Per tant,

Per tant, la fórmula de l’amplificador inversor per al guany del bucle tancat serà

Guany (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

Així, a partir d’aquesta fórmula, obtenim qualsevol de les quatre variables quan hi ha disponibles les altres tres variables. La calculadora de guany d'amplificador operatiu es pot utilitzar per calcular el guany d'un amplificador operatiu inversor.

Com podem veure un signe negatiu a la fórmula, la sortida quedarà desfasada de 180 graus en contrast amb la fase del senyal d’entrada.

Exemple pràctic d'amplificador inversor

A la imatge anterior, es mostra una configuració d'ampli operatiu, on dues resistències de retroalimentació proporcionen la retroalimentació necessària a l'amplificador operatiu. La resistència R2 que és la resistència d’entrada i R1 és la resistència de retroalimentació. La resistència d'entrada R2 que té un valor de resistència d'1K ohms i la resistència de retroalimentació R1 té un valor de resistència de 10k ohms. Calcularem el guany inversor de l’ampli operatiu. La retroalimentació es proporciona al terminal negatiu i el terminal positiu està connectat a terra.

La fórmula per invertir el guany del circuit amplificador operacional

Guany (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

En el circuit anterior Rf = R1 = 10k i Rin = R2 = 1k

Per tant, Guany (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Guany (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

Per tant, el guany serà de -10 vegades i la sortida serà de 180 graus desfasada.

Ara bé, si augmentem el guany de l'amplificador operatiu a -20 vegades, quin serà el valor de la resistència de retroalimentació si la resistència d'entrada serà la mateixa? Tan, Guany = -20 i Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Per tant, si augmentem el valor de 10 k a 20 k, el guany de l’ampli operatiu serà de -20 vegades.

Podem augmentar el guany de l’amplificador operatiu canviant la proporció de resistències, però no és recomanable utilitzar resistències més baixes com Rin o R2. Com que el valor inferior de la resistència redueix la impedància d'entrada i crea una càrrega al senyal d'entrada. En els casos típics s’utilitza un valor de 4,7k a 10k per a la resistència d’entrada.

Quan es requereix un guany elevat i hem d'assegurar una alta impedància a l'entrada, hem d'augmentar el valor de les resistències de retroalimentació. Però tampoc no és aconsellable utilitzar resistències de molt alt valor a Rf. Una resistència de retroalimentació superior proporciona un marge de guany inestable i no pot ser una opció viable per a operacions limitades relacionades amb l’amplada de banda. El valor típic de 100k o poc més que això s’utilitza a la resistència de retroalimentació.

També hem de comprovar l’amplada de banda del circuit d’amplificadors operatius per obtenir un funcionament fiable amb un guany elevat.

Amplificador de suma o Circuit de sumador d’amplificadors d’op

Un amplificador operatiu inversor es pot utilitzar en diversos llocs, com ara amplificador operatiu de suma. Una aplicació important de l'amplificador operatiu inversor és l'amplificador sumador o el mesclador de terra virtual.

A la imatge anterior, es mostra un mesclador de terra virtual o un amplificador sumatori on un amplificador operatiu invertit barreja diversos senyals diferents a través del terminal invertent. Una entrada d’amplificadors inversors té pràcticament un potencial terrestre que proporciona una excel·lent aplicació relacionada amb el mesclador en treballs relacionats amb la mescla d’àudio.

Com podem veure, diferents senyals s’afegeixen a través del terminal negatiu mitjançant diferents resistències d’entrada. No hi ha límit al nombre d'entrades de senyal diferents que es poden afegir. El guany de cada port de senyal diferent està determinat per la proporció de la resistència de retroalimentació R2 i la resistència d’entrada del canal en particular.

També podeu obtenir més informació sobre les aplicacions de l’amplificador operatiu seguint diversos circuits basats en amplificadors operatius. Aquesta configuració d'amplificador operatiu inversor també s'utilitza en diversos filtres, com ara el pas actiu baix o el filtre actiu de pas alt.

Circuit d'amplificador de trans-impedància

Un altre ús de l’ amplificador inversor d’amplificadors d’ Op és utilitzar l’amplificador com a amplificador de trans-impedància.

En aquest circuit, l'amplificador operacional converteix un corrent d'entrada molt baix a la tensió de sortida corresponent. Per tant, un amplificador de trans-impedància converteix el corrent en voltatge.

Pot convertir el corrent a partir de fotodiodes, acceleròmetres o altres sensors que produeixen baix corrent i mitjançant l’amplificador d’impedància trans el corrent es pot convertir en una tensió.

A la imatge anterior, un amplificador operacional invertit utilitzat per fabricar un amplificador de trans-impedància que converteix el corrent derivat del foto-díode en un voltatge. L'amplificador proporciona una baixa impedància a través del fotodiode i crea l'aïllament del voltatge de sortida de l'amplificador operatiu.

En el circuit anterior, només s’utilitza una resistència de retroalimentació. El R1 és la resistència de retroalimentació d’alt valor. Podem canviar el guany canviant el valor d'aquesta resistència R1. L’alt guany de l’amplificador operatiu utilitza una condició estable on el corrent de fotodiode és igual al corrent de retroalimentació a través de la resistència R1.

Com que no proporcionem cap biaix extern al fotodíode, la tensió de compensació d'entrada del fotodiode és molt baixa, cosa que produeix un gran guany de tensió sense cap tensió de compensació de sortida. El corrent del foto-díode es convertirà a l’alt voltatge de sortida.

Altres aplicacions de l’amplificador operatiu inversor són:

1. Canviador de fase
2. Integrador
3. En treballs relacionats amb l’equilibri de senyals
4. Mesclador lineal de RF
5. Diversos sensors utilitzen amplificador operatiu inversor per a la sortida.