מגבר מבצעי הפוך

Op-Amp (מגבר תפעולי) הוא עמוד השדרה של האלקטרוניקה האנלוגית. מגבר תפעולי הוא רכיב אלקטרוני המצויד ב DC, אשר מגביר את המתח מכניסה דיפרנציאלית באמצעות משוב נגד. מגברי Op הם פופולריים בשל צדדיותם מכיוון שניתן להגדיר אותם בדרכים רבות וניתן להשתמש בהם בהיבטים שונים. מעגל מגבר אופ-מורכב מכמה משתנים כמו רוחב פס, קלט ועכבת פלט, מרווח רווח וכו '. סוג אחר של מגברי אופ יש מפרטים שונים בהתאם למשתנים אלה. יש שפע של מגברי אופ-זמין בחבילה שונה של מעגלים משולבים (IC), בחלק ממגברי ה- OP יש שני או יותר מגברים בחבילה אחת. LM358, LM741, LM386 הם ICs מגבר אופ-מגבר הנפוצים. תוכל ללמוד עוד על מגברים אופ -יים על ידי ביצוע החלק במעגלי Op-amp.

למגבר אופ ישנם שני סיכות כניסה דיפרנציאליות וסיכת יציאה יחד עם סיכות חשמל. שני סיכות קלט דיפרנציאליות אלה הן סיכה הפוכה או סיכה שלילית ולא הפוכה או חיוביות. מגבר אופ מגביר את ההבדל במתח בין שני סיכות הכניסה הללו ומספק את הפלט המוגבר על פני ה- Vout או סיכת המוצא שלו.

בהתאם לסוג הקלט, ניתן לסווג מגבר-על כמגבר הפוך או מגבר שאינו הפוך. במדריך הקודם שאינו הפוך למגבר, ראינו כיצד להשתמש במגבר בתצורה שאינה הופכת. במדריך זה נלמד כיצד להשתמש במגבר אופ-בתצורה הפוכה.

היפוך תצורת מגבר תפעולי

זה נקרא מגבר הפוך מכיוון שמגבר ה- OP משנה את זווית הפאזה של אות הפלט בדיוק 180 מעלות מחוץ לפאזה ביחס לאות הקלט. כמו בעבר, אנו משתמשים בשני נגדים חיצוניים כדי ליצור מעגל משוב וליצור מעגל לולאה סגורה על פני המגבר.

בתצורה הלא-הפוכה סיפקנו משוב חיובי על פני המגבר, אך לצורך הפיכת התצורה אנו מייצרים משוב שלילי על פני מעגל המגבר.

בואו נראה את דיאגרמת החיבור להיפוך תצורת מגבר Op

במגבר ההפוך הנ"ל, אנו יכולים לראות כי R1 ו- R2 מספקים את המשוב הדרוש על פני מעגל המגבר. R2 נגד נגד קלט אות, ואת R1 נגד נגד המשוב. מעגל משוב זה מכריח את מתח הכניסה הדיפרנציאלי כמעט לאפס.

המשוב מחובר על גבי הטרמינל השלילי של המגבר והמסוף החיובי מחובר על פני האדמה. פוטנציאל המתח על פני קלט הפוך זהה לפוטנציאל המתח של קלט שאינו הופך. לכן, על פני הקלט הלא הפוך, נוצרת נקודת סיכום של כדור הארץ וירטואלי, שנמצאת באותו פוטנציאל כמו הקרקע או כדור הארץ. המגבר-על ישמש כמגבר דיפרנציאלי.

לכן, במקרה של היפוך מגבר, אין זרמי זרם למסוף הכניסה, גם מתח הכניסה שווה למתח המשוב על פני שני נגדים שכן שניהם מקור קרקע וירטואלי משותף. בשל הקרקע הווירטואלית, התנגדות הקלט של המגבר השווה שווה לנגן הכניסה של המגבר הנגדי שהוא R2. ל- R2 זה יש קשר עם רווח לולאה סגורה ואת הרווח ניתן לקבוע על ידי יחס הנגדים החיצוניים המשמשים כמשוב.

מכיוון שאין זרימת זרם במסוף הקלט ומתח הקלט הדיפרנציאלי הוא אפס, אנו יכולים לחשב את רווח הלולאה הסגורה של מגבר אופ. למידע נוסף על קונסטורשן Op-amp ועבודתו על ידי קישור לקישור.

רווח של מגבר אופטימינג הפוך

בתמונה שלעיל מוצגים שני נגדים R2 ו- R1, שהם נגדי המשוב של מחלק המתח המשמשים יחד עם מגבר-אופני הפוך. R1 הוא נגד המשוב (Rf) ו- R2 הוא נגד הקלט (Rin). אם נחשב את הזרם הזורם דרך הנגד אז-

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

מכיוון שה- Dout הוא נקודת האמצע של המחלק, כך נוכל להסיק

כפי שתיארנו בעבר, בגלל הקרקע הווירטואלית או אותה נקודת סיכום צומת, מתח המשוב הוא 0, Dout = 0. אז,

לכן, נוסחת המגבר ההפוך לקבלת רווח לולאה סגורה תהיה

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

לכן, מנוסחה זו, אנו מקבלים אחד מארבעת המשתנים כאשר שלושת המשתנים האחרים זמינים. ניתן להשתמש במחשבון רווח אופ-אמפר לחישוב הרווח של מגבר אופ-הפוך.

כפי שאנו רואים סימן שלילי בנוסחה, הפלט יהיה 180 מעלות מחוץ לשלב בניגוד לשלב אות הקלט.

דוגמה מעשית של מגבר הפוך

בתמונה שלעיל מוצגת תצורת מגבר מגבר, כאשר שני נגדי משוב מספקים משוב הכרחי במגבר. הנגד R2 שהוא נגד הכניסה ו- R1 הוא נגד המשוב. נגד הכניסה R2 בעל ערך ההתנגדות 1K אוהם ולנגד המשוב R1 ערך ההתנגדות של 10k אוהם. אנו נחשב את הרווח ההפוך של המגבר. המשוב ניתן במסוף השלילי והמסוף החיובי מחובר לקרקע.

הנוסחה להפיכת רווח של מעגל המגבר-

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

במעגל הנ"ל Rf = R1 = 10k ו- Rin = R2 = 1k

אז, רווח (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) רווח (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

אז הרווח יהיה פי פי 10 וההספק יהיה 180 מעלות מחוץ לשלב.

כעת, אם נגדיל את הרווח של המגבר-על פי פי -20, מה יהיה ערך נגדי המשוב אם נגן הקלט יהיה זהה? כך, רווח = -20 ורין = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

לכן, אם נגדיל את ערך 10k ל -20k, הרווח של המגבר-על יהיה -20 פעמים.

אנו יכולים להגדיל את הרווח של המגבר על ידי שינוי יחס הנגדים, אולם לא מומלץ להשתמש בהתנגדות נמוכה יותר כ- Rin או R2. כאשר הערך התחתון של ההתנגדות מוריד את עכבת הקלט וליצור עומס על אות הקלט. בשנת ערך מקרים אופייני מן 4.7k ל 10k משמש נגד הקלט.

כאשר דורש רווח גבוה ועלינו להבטיח עכבה גבוהה בקלט, עלינו להגדיל את ערך נגדי המשוב. אך גם לא מומלץ להשתמש בנגד בעל ערך גבוה מאוד על פני Rf. נגד משוב גבוה יותר מספק מרווח רווח לא יציב ולא יכול להיות בחירה בת קיימא לפעולות הקשורות לרוחב הפס. ערך אופייני 100k או מעט יותר מזה משמש נגד התגובות.

עלינו לבדוק גם את רוחב הפס של מעגל המגבר כדי לאפשר פעולה אמינה עם רווח גבוה.

מגבר סיכום או מעגל Adder מגבר אופ

ניתן להשתמש במגבר אופני הפוך במקומות שונים כמו כמו מגבר סיכום אופ. יישום חשוב אחד של מגבר אופני הפוך הוא מגבר סיכום או מערבל אדמה וירטואלי.

בתמונה שלעיל מוצג מערבל אדמה וירטואלי או מגבר סיכום שבו מגבר אופטי הפוך שמערבב כמה אותות שונים על גבי מסוף ההפוך שלו. קלט מגברים היפוך הוא למעשה בפוטנציאל כדור הארץ המספק יישום מעולה למיקסר בעבודה הקשורה לערבוב שמע.

כפי שאנו רואים אותות שונים מתווספים על פני הטרמינל השלילי באמצעות נגדי כניסה שונים. אין הגבלה על מספר כניסות האות השונות שניתן להוסיף. הרווח של כל יציאת אות שונה נקבע על ידי היחס בין נגד המשוב R2 לבין נגן הקלט של הערוץ המסוים.

למידע נוסף על יישומים של המגבר על ידי ביצוע מעגלים שונים המבוססים על מגבר. תצורת מגבר-אופני הפוכה זו משמשת גם במסננים שונים כמו מסנן נמוך נמוך או פעיל גבוה.

מעגל מגבר עכבה עכבה

שימוש אחר במגבר היפוך מגבר הוא שימוש במגבר כמגבר טרנס-עכבה.

במעגל כזה, המגבר הממיר ממיר זרם כניסה נמוך מאוד למתח היציאה המתאים. אז, מגבר טרנס-עכבה ממיר זרם למתח.

זה יכול להמיר את הזרם מפוטודיודה, תאוצה, או חיישנים אחרים המייצרים זרם נמוך ובאמצעות מגבר העכבר-עכבה ניתן להמיר את הזרם למתח.

בתמונה שלעיל, מגבר אופטי הפוך המשמש לייצור מגבר טרנס-עכבה הממיר את הזרם שמקורו בדיודת הצילום למתח. המגבר מספק עכבה נמוכה על פני הפוטודיודה ויוצר את הבידוד ממתח היציאה של המגבר.

במעגל שלעיל, נעשה שימוש רק נגד משוב אחד. ה- R1 הוא נגד המשוב בעל הערך הגבוה. אנו יכולים לשנות את הרווח על ידי שינוי ערך הנגד R1. הרווח הגבוה של המגבר-על משתמש במצב יציב שבו זרם הפוטודיודה שווה לזרם המשוב דרך הנגד R1.

מכיוון שאיננו מספקים הטיה חיצונית על פני דיודת התמונה, מתח הקיזוז של הקו של הפוטודיודה נמוך מאוד, המייצר רווח מתח גדול ללא מתח קיזוז יציאה. הזרם של דיודת הצילום יומר למתח היציאה הגבוה.

יישומים אחרים של היפוך מגבר הם:

1. מחלף שלב
2. אינטגרטור
3. בעבודות הקשורות לאיזון אותות
4. מערבל RF לינארי
5. חיישנים שונים משתמשים במגבר-אופני הפוך לפלט.