Bộ khuếch đại hoạt động đảo ngược

Op-Amp (Bộ khuếch đại hoạt động) là xương sống của thiết bị điện tử Analog. Bộ khuếch đại hoạt động là một thành phần điện tử được ghép nối một chiều với chức năng khuếch đại Điện áp từ đầu vào vi sai sử dụng phản hồi điện trở. Op-Amps phổ biến vì tính linh hoạt của nó vì chúng có thể được cấu hình theo nhiều cách và có thể được sử dụng trong các khía cạnh khác nhau. Một mạch op-amp bao gồm một số biến như băng thông, trở kháng đầu vào và đầu ra, biên độ lợi, v.v… Các loại op-amp khác nhau có các thông số kỹ thuật khác nhau tùy thuộc vào các biến đó. Có rất nhiều op-amp trong gói mạch tích hợp (IC) khác nhau, một số op-amp ic có hai hoặc nhiều op-amp trong một gói duy nhất. LM358, LM741, LM386 là một số IC Op-amp thường được sử dụng. Bạn có thể tìm hiểu thêm về Op-amps bằng cách theo dõi phần Mạch Op-amp của chúng tôi.

Một op-amp có hai chân đầu vào vi sai và một chân đầu ra cùng với các chân nguồn. Hai chân đầu vào vi sai đó là chân đảo ngược hoặc chân âm và chân không đảo ngược hoặc dương. Một op-amp khuếch đại sự khác biệt về điện áp giữa hai chân đầu vào này và cung cấp đầu ra khuếch đại qua chân Vout hoặc đầu ra của nó.

Tùy thuộc vào loại đầu vào, op-amp có thể được phân loại là Bộ khuếch đại đảo ngược hoặc Bộ khuếch đại không đảo. Trong hướng dẫn op-amp không đảo ngược trước đây, chúng ta đã biết cách sử dụng bộ khuếch đại trong cấu hình không đảo. Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ học cách sử dụng op-amp trong cấu hình đảo ngược.

Cấu hình bộ khuếch đại hoạt động đảo ngược

Nó được gọi là Bộ khuếch đại đảo ngược vì op-amp thay đổi góc pha của tín hiệu đầu ra lệch pha chính xác 180 độ so với tín hiệu đầu vào. Tương tự như trước, chúng tôi sử dụng hai điện trở bên ngoài để tạo ra mạch hồi tiếp và tạo một mạch vòng kín trên bộ khuếch đại.

Trong cấu hình không đảo ngược, chúng tôi cung cấp phản hồi tích cực trên bộ khuếch đại, nhưng đối với cấu hình đảo ngược, chúng tôi tạo ra phản hồi âm trên mạch op-amp.

Hãy xem sơ đồ kết nối cho cấu hình op-amp đảo ngược

Trong op-amp đảo ngược ở trên, chúng ta có thể thấy R1 và R2 đang cung cấp phản hồi cần thiết qua mạch op-amp. Các R2 Điện trở là điện trở tín hiệu đầu vào, và R1 điện trở là điện trở phản hồi. Mạch phản hồi này buộc điện áp đầu vào vi sai gần như bằng không.

Phản hồi được kết nối qua đầu cuối âm của op-amp và đầu cuối tích cực được kết nối trên mặt đất. Điện thế trên đầu vào đảo ngược giống như điện thế của đầu vào không đảo. Vì vậy, trên đầu vào không đảo ngược, một điểm tổng kết Trái đất ảo được tạo ra, có cùng thế với mặt đất hoặc Trái đất. Op-amp sẽ hoạt động như một bộ khuếch đại vi sai.

Vì vậy, trong trường hợp op-amp đảo ngược, không có dòng điện chạy vào đầu cuối đầu vào, cũng như Điện áp đầu vào bằng điện áp phản hồi trên hai điện trở vì cả hai đều là nguồn nối đất ảo chung. Do đất ảo, điện trở đầu vào của op-amp bằng với điện trở đầu vào của op-amp là R2. R2 này có mối quan hệ với độ lợi vòng kín và độ lợi có thể được đặt bằng tỷ lệ của các điện trở bên ngoài được sử dụng làm phản hồi.

Vì không có dòng điện trong thiết bị đầu cuối đầu vào và điện áp đầu vào vi sai bằng 0, Chúng tôi có thể tính toán độ lợi vòng kín của op amp. Tìm hiểu thêm về hằng số Op-amp và hoạt động của nó bằng cách nhấp vào liên kết.

Đạt được Op-amp đảo ngược

Trong hình trên, hai điện trở R2 và R1 được hiển thị, là điện trở phản hồi bộ chia điện áp được sử dụng cùng với op-amp đảo. R1 là điện trở phản hồi (Rf) và R2 là điện trở đầu vào (Rin). Nếu chúng ta tính dòng điện chạy qua điện trở thì-

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

Vì Dout là trung điểm của dải phân cách, vì vậy chúng ta có thể kết luận

Như chúng tôi đã mô tả trước đây, do điểm tổng kết nối đất ảo hoặc cùng một nút, điện áp phản hồi là 0, Dout = 0. Vì vậy,

Vì vậy, công thức bộ khuếch đại đảo ngược cho độ lợi vòng kín sẽ là

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

Vì vậy, từ công thức này, chúng ta nhận được bất kỳ biến nào trong số bốn biến khi ba biến còn lại có sẵn. Máy tính Op-amp Gain có thể được sử dụng để tính toán mức khuếch đại của một op-amp đảo ngược.

Như chúng ta có thể thấy một dấu âm trong công thức, đầu ra sẽ lệch pha 180 độ so với pha của tín hiệu đầu vào.

Ví dụ thực tế về bộ khuếch đại đảo

Trong hình trên, cấu hình op-amp được hiển thị, trong đó hai điện trở phản hồi đang cung cấp phản hồi cần thiết trong op-amp. Điện trở R2 là điện trở đầu vào và R1 là điện trở phản hồi. Điện trở đầu vào R2 có giá trị điện trở 1K ohms và điện trở phản hồi R1 có giá trị điện trở là 10k ohms. Chúng tôi sẽ tính toán độ lợi đảo ngược của op-amp. Phản hồi được cung cấp trong cực âm và cực dương được nối với đất.

Công thức cho độ lợi đảo ngược của mạch op-amp-

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

Trong đoạn mạch trên Rf = R1 = 10k và Rin = R2 = 1k

Vì vậy, Tăng (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Tăng (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

Vì vậy, độ lợi sẽ là -10 lần và đầu ra sẽ lệch pha 180 độ.

Bây giờ, nếu chúng ta tăng mức khuếch đại của op-amp lên -20 lần, giá trị điện trở phản hồi sẽ là bao nhiêu nếu điện trở đầu vào sẽ giống nhau? Vì thế, Tăng = -20 và Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Vì vậy, nếu chúng ta tăng giá trị 10k lên 20k, mức tăng của op-amp sẽ là -20 lần.

Chúng ta có thể tăng mức khuếch đại của op-amp bằng cách thay đổi tỷ lệ điện trở, tuy nhiên, không nên sử dụng điện trở thấp hơn như Rin hoặc R2. Khi giá trị thấp hơn của điện trở sẽ làm giảm trở kháng đầu vào và tạo ra tải cho tín hiệu đầu vào. Trong trường hợp điển hình, giá trị từ 4,7k đến 10k được sử dụng cho điện trở đầu vào.

Khi yêu cầu độ lợi cao và chúng ta nên đảm bảo trở kháng cao ở đầu vào, chúng ta phải tăng giá trị của điện trở phản hồi. Nhưng cũng không nên sử dụng điện trở có giá trị rất cao trên Rf. Điện trở phản hồi cao hơn cung cấp biên độ lợi không ổn định và không thể là lựa chọn khả thi cho các hoạt động liên quan đến băng thông hạn chế. Giá trị điển hình 100k hoặc nhiều hơn một chút được sử dụng trong điện trở phản hồi.

Chúng ta cũng cần kiểm tra băng thông của mạch op-amp để hoạt động đáng tin cậy ở mức lợi cao.

Bộ khuếch đại tổng hợp hoặc Mạch quảng cáo Op Amp

Một op-amp đảo ngược có thể được sử dụng ở nhiều nơi khác nhau như Bộ khuếch đại tổng hợp Op amp. Một ứng dụng quan trọng của op-amp đảo ngược là bộ khuếch đại tổng hợp hoặc bộ trộn đất ảo.

Trong hình ảnh trên, bộ trộn đất ảo hoặc bộ khuếch đại tổng hợp được hiển thị trong đó một op-amp đảo ngược trộn một số tín hiệu khác nhau qua đầu nối đảo ngược của nó. Đầu vào của bộ khuếch đại đảo ngược hầu như ở thế đất cung cấp một ứng dụng liên quan đến bộ trộn tuyệt vời trong công việc liên quan đến trộn âm thanh.

Như chúng ta có thể thấy các tín hiệu khác nhau được cộng lại với nhau qua thiết bị đầu cuối âm bằng cách sử dụng các điện trở đầu vào khác nhau. Không có giới hạn về số lượng đầu vào tín hiệu khác nhau có thể được thêm vào. Độ lợi của mỗi cổng tín hiệu khác nhau được xác định bởi tỷ số của điện trở phản hồi R2 và điện trở đầu vào của kênh cụ thể.

Cũng tìm hiểu thêm về các ứng dụng của op-amp bằng cách làm theo các mạch dựa trên op-amp khác nhau. Cấu hình op-amp đảo ngược này cũng được sử dụng trong các bộ lọc khác nhau như bộ lọc thông thấp đang hoạt động hoặc bộ lọc thông cao đang hoạt động.

Mạch khuếch đại trở kháng

Một cách sử dụng khác của bộ khuếch đại đảo ngược Op amp là sử dụng bộ khuếch đại làm Bộ khuếch đại trở kháng xuyên.

Trong mạch như vậy, op-amp chuyển đổi dòng điện đầu vào rất thấp thành điện áp đầu ra tương ứng. Vì vậy, một bộ khuếch đại Trans-Impedance chuyển đổi dòng điện thành điện áp.

Nó có thể chuyển đổi dòng điện từ Điốt quang, Gia tốc kế hoặc các cảm biến khác tạo ra dòng điện thấp và sử dụng bộ khuếch đại trở kháng chuyển đổi dòng điện có thể được chuyển đổi thành điện áp.

Trong hình ảnh trên, một op-amp ngược được sử dụng để làm Bộ khuếch đại trở kháng chuyển đổi giúp chuyển đổi dòng điện từ diode quang thành điện áp. Bộ khuếch đại cung cấp trở kháng thấp qua điốt quang và tạo ra sự cách ly khỏi điện áp đầu ra op-amp.

Trong đoạn mạch trên chỉ dùng một điện trở hồi tiếp. R1 là điện trở phản hồi giá trị cao. Chúng ta có thể thay đổi độ lợi bằng cách thay đổi giá trị của điện trở R1 này. Độ lợi cao của op-amp sử dụng điều kiện ổn định trong đó dòng điốt quang bằng dòng phản hồi qua điện trở R1.

Vì chúng tôi không cung cấp bất kỳ sai lệch bên ngoài nào qua diode quang, điện áp bù đầu vào của diode quang rất thấp, tạo ra độ lợi điện áp lớn mà không có bất kỳ điện áp bù đầu ra nào. Dòng điện của diode quang sẽ được chuyển đổi thành điện áp đầu ra cao.

Các ứng dụng khác của op-amp Đảo ngược là -

Bộ dịch pha
Tích hợp
Trong các công việc liên quan đến cân bằng tín hiệu
Máy trộn RF tuyến tính
Các cảm biến khác nhau sử dụng op-amp đảo ngược cho đầu ra.