Ikke-inverterende forstærker: 5 vigtige fakta, du skal vide

Introduktion til ikke-inverterende forstærker

Den ikke-inverterende forstærker er en anden driftsform for en standardforstærker. Som vi ved, har typiske forstærkere to terminaler - inverterende og ikke-inverterende. Når indgange leveres gennem ikke-inverterende terminaler, er denne driftsform kendt som en ikke-inverterende forstærker.

Ikke-inverterende forstærkerteori

Arbejdsprincippet eller teorien bag den ikke-inverterende forstærker er det samme som en inverterende forstærker, og for ikke-inverterende forstærker leveres indgangen i den ikke-inverterende terminal. Forstærkeren forstærker output med en bestemt forstærkning og giver det i produktion. Forstærkningen afhænger af modstandsværdierne, og feedback-systemet er forbundet med den inverterende forstærker for at generere negativ feedback i systemet. Da systemet har negativ feedback, har denne forstærker mere stabilitet, men en lavere forstærkning end en inverterende forstærker med de samme modstandsværdier.

Ikke-inverterende forstærker kredsløbsdiagram

Nedenstående billede viser kredsløbsdiagrammet for en ikke-inverterende forstærker. I nedenstående billede er Vin indgangsspændingen til forstærkeren, R1 er den primære modstand, Rf er feedbackmodstanden, og 'I' er strømmen gennem feedbackmodstanden. Undersøg billedet nøje, da dette billede vil blive omtalt som det ikke-inverterende forstærkerbillede gennem hele artiklen.

ikke-inverterende forstærker
Billede Credit: Induktiv belastningOp-Amp ikke-inverterende forstærker, markeret som offentligt domæne, flere detaljer om Wikimedia Commons

Ikke-inverterende forstærker Design

Designe en ikke-inverterende forstærker er en ganske enkel og ligetil opgave. Oprindeligt er op-amp indstillet med sin positive og -ve. reference spænding og jordkontakter oprettes efter behov. Nu, da det er en ikke-inverterende forstærker, tilvejebringes indgangsspændingen ved den ikke-inverterende og inverterende terminal er forbundet til jorden gennem en modstand, og standardfeedbackmodstand er forbundet med den inverterende forstærker for at give -ve. feedback i det ikke-inverterende forstærkerkredsløb.

Hvordan fungerer en ikke-inverterende forstærker?

Den ikke-inverterende forstærker forstærker indgangssignalet, der tilvejebringes ved den ikke-inverterende forstærker, og modstande i forstærkerens design fungerer som forstærkningsfaktoren i en bestemt matematisk ligning. På grund af den virtuelle jordforbindelse vises B-punktets spænding også i 'A'-enden. Sådan har A-noden den samme spænding som indgangsspændingen. Igen vil den samme strøm flyde gennem den inverterende terminal som feedback-stien.

Ikke-inverterende forstærkerafledning

Lad os udlede ikke-inverterende forstærkerligninger og andre vigtige formler. Antag først, at virtuel kortslutning fungerer for forstærkeren.

Derefter vil spændingen ved B-noden være lig med spændingen ved A-noden.

Nu er VB = Vin.

Vin vises således også på A-noden. Derfor kan vi sige,

VA = Vin.

Lad os antage, at udgangsspændingen er Vo. Feedbackmodstanden siges at være Rf. Strømmen gennem feedbackstien er 'jeg'. 'Jeg' kan skrives som nedenfor.

I = (Vo - VA) / Rf

Eller, I = (Vo / Rf) - (VA / Rf) —- (1)

Den samme strøm strømmer gennem den inverterende terminal. Så ligningen for den terminal,

I = (VA - 0) / R1 = VA / R1 = Vin / R1 —- (2)

Ligning med ligning (1) og ligning (2), vi kan skrive -

(Vo / Rf) - (Vin / Rf) = Vin / R1

Eller Vo / Rf = Vin / R1 + (Vin / Rf)

Eller Vo / Rf = Vin [(1 / R1) + (1 / Rf)]

Eller Vo / Rf = Vin [(Rf + R1) / (R1 Rf)]

Eller Vo = Vin [(Rf + R1) / R1]

Eller V0 = Vin [1 + (Rf / R1)]

Dette er den endelige output fra den ikke-inverterende forstærker.

Ikke-inverterende forstærker Ligning

Den endelige udgangsligning for kredsløbet er kendt som den ikke-inverterende forstærkerligning. Ligningen giver forholdet mellem input og output spænding. Forstærkningsfaktoren kan også observeres i ligningen.

V0 = Vin [1 + (Rf / R1)]

Dette er den ikke-inverterende forstærkerligning. Rf er feedbackmodstanden, R1 er modstanden forbundet ved inverterende terminal. Værdierne for disse modstande påvirker indgangsspændingen. Som vi kan se, hvis værdien af ​​(Rf / R1) er større end 1, så har vi opnået i systemet. Så (Rf / R1) -faktoren skal øges så meget som muligt. Men det kan gøres i et omfang.

Ikke-inverterende forstærker Vout

Vout eller udgangsspænding fra den ikke-inverterende forstærker fortæller os, hvorfor dette sæt operation i forstærkeren kaldes den ikke-inverterende forstærker. Outputligningen for den ikke inverterende forstærker er givet som V0 = Vin [1 + (Rf / R1)].

Fra ovenstående ligning kan vi observere, at output og indgangsspænding er i samme driftsfase. I modsætning til en inverterende terminal er output fra forstærkeren ikke inverteret til den negative fase. Derfor kaldes operationssættet en ikke-inverterende forstærker.

Ikke-inverterende forstærkerindgangsimpedans

En ideel op-forstærker har egenskaben med høj indgangsimpedans, og derfor er hver forstærker designet til at have større indgangsimpedanser. Ikke-inverterende forstærkere er ingen undtagelser. De viser højere inputimpedanser i operationer.

Gevinst ved ikke-inverterende forstærker

Outputtet fra en forstærker er input ganget med forstærkningen. Forstærkernes forstærkning afhænger af modstandsværdierne og typen af ​​feedback forstærkeren har. For det negative feedback-system faldt forstærkningen, og systemets stabilitet øges, og for positiv feedback er forstærkningen højere, men systemets styrke bliver mindre.

Til ligningen: Vout = k * Vin, k er forstærkerens forstærkning.

(Punkt, der skal bemærkes: Forstærkning er et forhold mellem udgangsspændingen og den leverede indgangsspænding. Derfor har den ingen enheder.)

Ikke-inverterende forstærkerforstærkning

Vi har tidligere diskuteret, hvad der er forstærkning betød for en ikke-inverterende forstærker. Lad os finde ud af det nøjagtige udtryk for forstærkningen af ​​en ikke-inverterende forstærker.

Det generelle udtryk for forstærkerens udgangsspænding er Vout = k * Vin.

O / P-ligningenn af den ikke-inverterende forstærker formuleret som  

V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin.

Så k kan beregnes som ved sammenligningen af ​​ovenstående to ligninger.

k = [1 + (Rf / R1)].

Dette udtryk for modstanden er kendt som forstærkningen af ​​den ikke-inverterende forstærker, og ud fra dette kan vi se, at hvis Rf = R1, Vo = 2 * Vin. Så indgangsspændingen forstærkes med en faktor 2. Forholdet (Rf / R1) styrer typisk forstærkningen. Forøgelse af Rf øger forstærkningsværdien.

Ikke inverterende forstærker negativ forstærkning

En detaljeret analyse af gevinsten ved ikke-invertering op amp er gjort tidligere. Ikke-inverterende op amp negativ forstærkning omtales som den nøjagtige forstærkning af forstærkeren. Den får en anden nomenklatur, fordi op-forstærkeren er forsynet med negativ feedback. Selvom udtrykket er misvisende, tror mange læsere, at det indikerer, at en ikke-inverterende forstærker giver de negative størrelser af forstærkning.

Ikke-inverterende forstærkeroverføringsfunktion

Overførselsfunktionen for et system henviser til den proces, der beskriver eller leverer output for hver indgang. Da forstærkeren tager to indgange og forstærker dem, vil overførselsfunktionen afspejle det samme. Overførselsfunktionen kan skrives som:

Vo = k * Vi

Her er Vo og Vi de to indgange, og k er gevinsten.

Ikke-inverterende forstærkerbrætbræt

For at observere og undersøge funktionaliteten af ​​en ikke-inverterende forstærker i virkeligheden er vi nødt til at oprette et kredsløb ved hjælp af et printkort eller et brødbræt. Eksperimentet kræver noget udstyr. De er anført nedenfor.

  1. Modstand på 1 kilo-ohm og ti kilo-ohm.
  2. IC741
  3. Tilslutning af ledninger
  4. CRO
  5. breadboard
  6. DC spændingsforsyning

Tilslutningen af ​​brødbrættet er angivet nedenfor. Tilslut udstyret korrekt, og observer outputbølgeformen i CRO.

Båndbredde for ikke-inverterende forstærker

Inden du lærer om båndbredden på en ikke-inverterende forstærker, så lad os vide båndbredden på en forstærker. Båndbredde nævnes som frekvensområdet, som forstærkerens forstærker kommer over 70.7% over.

En ikke-inverterende forstærkers båndbredde bestemmes ved at overveje forstærkningsbåndbreddeproduktet og derefter dividere det med den ikke-inverterende forstærkning.

Ikke-inverterende forstærker faseskift

Typisk betegnes faseforskydningen som ændringen i størrelsen af ​​indgangssignalet. Der er en sort boks, og vi leverer et indgangssignal på +5 V. Hvis vi nu modtager -10 V som output, er der et faseskift inde i den sorte boks. Det samme sker for forstærkere. Da vi leverer input til den ikke-inverterende forstærker, er der ingen ændring i fasen af ​​en spænding af en udgangsspænding. Så vi kan sige, at der er et 0o ændring i output. For en inverterende terminal er faseforskydningen -180o.

Ikke-inverterende summeringsforstærkerforstærkning

Summeringsforstærkeren giver den forstærkede summering af indgangsspændingerne som output. I nedenstående kredsløb har vi givet to indgangsspændinger som V1 og V2 i forstærkerens ikke-inverterende terminal, da vi ønsker at skabe en ikke-inverterende summerende forstærker.

ikke-inverterende forstærker
Billede af: Induktiv belastningOp-Amp Summing Forstærker, markeret som offentligt domæne, flere detaljer om Wikimedia Commons

Ved at anvende superpositionsteori for at bestemme spændingen ved knudepunkter, sammenligner vi de aktuelle værdier fra feedbackgrenen og den inverterende terminalgren.

Outputligningen kommer som: Vout = [1 + (Rf / Ra)] * [(V1 + V2) / 2]

Så den ikke-inverterende summerende forstærkerforstærkning er [1 + (Rf / Ra)], og dette svarer til typiske ikke-inverterende forstærkere.

Anvendelse af ikke-inverterende forstærker Ikke-inverterende forstærker bruger.

  • En af de væsentligste anvendelser af ikke-inverterende forstærker er at tilbyde høj indgangsimpedans, og denne ikke-inverterende forstærker er meget effektiv til dette.
  • Ikke-inverterende op-forstærkere bruges til at skelne mellem små kredsløb inde i et kaskadet og komplekst forløb.
  • De bruges også i varierende gevinstovervejelse.

Hvad bruges ikke inverterende forstærkere til?

Ikke-inverterende forstærkere bruges til deres høje impedansværdier og bedre stabiliteter på grund af negativ feedback og forstærkning. Egenskaben ved ikke-inverterende forstærker, der giver forstærkning eller modstand ved udgangen, gjorde det berømt for kredsløbsdifferentiering for kaskadede systemer.

Inverterende vs ikke-inverterende forstærkerstøj

Inverterende forstærkere giver mere støjforstærkning end ikke inverterende forstærkere. Det sker, fordi strømkilden og spændingerne finder forskellige forstærkningsværdier i forhold til udgangen. Støjforstærkningen er en meget vigtig parameter til at måle forstærkerens ydeevne.

Ikke-inverterende bufferforstærker

Ikke-inverterende bufferforstærker eller bufferforstærker eller buffer op-amp er en bestemt type op-amp, der tager den eneste indgang gennem den ikke-inverterende forstærker og giver enhedsforstærkning. Den inverterende terminal er kortsluttet, hvor output skaber negativ feedback. Sådanne forstærkere tilbyder høj indgangsimpedans, lavere udgangsimpedans og høj løbende indkomst.

Buffere bruges til en afbryder eller for at undgå indlæsning af input.

ikke-inverterende forstærker
Billede af: Induktiv belastningOp-Amp enhedsgevinstbuffer, markeret som offentligt domæne, flere detaljer om Wikimedia Commons

Ikke-inverterende forstærker med kondensator

En kondensator kan tilføjes med en ikke-inverterende forstærker til implementering af forskellige overføringsfunktioner. En kondensator kan gøre den ikke inverterende forstærker til en integrator eller en differentiator.

Ved hjælp af kondensatorerne kan ikke-inverterende forstærkere også omdannes til AC-koblede kredsløb eller en 'halvforsynet skinne'.

Ikke-inverterende forstærker med referencespænding

Ikke-inverterende forstærkere er konfigureret med referencespændinger. Reference-spændinger er afgørende for op-forstærkere, da de er grænseværdien for udgangene. En forstærker kan ikke gå ud over den positive referencespænding eller gå under den negative referencespænding.

Ofte stillede spørgsmål

1. Hvad bruges en ikke-inverterende forstærker til?

Svar: Ikke-inverterende forstærkere bruges til deres høje impedansværdier og bedre stabiliteter på grund af negativ feedback og forstærkning. Egenskaben ved ikke-inverterende forstærker, der giver forstærkning eller modstand ved udgangen, gjorde det berømt for kredsløbsdifferentiering for kaskadede systemer.

2. Hvilken er en bedre inverterende eller ikke-inverterende forstærker?

Svar: Inverterende forstærkere er mere foretrukne end ikke-inverterende forstærkere. Slew rate og standard mode rejection ratio (CMRR) er højere for en inverterende forstærker end en ikke inverterende forstærker.

3. Tegn ikke-inverterende forstærkerbølgeform.

Svar: Billedet nedenfor viser den ikke-inverterende forstærkerbølgeform. Vi kan se, at output er forstærket og er i samme fase som input.

ikke-inverterende forstærker
Bølgeform

4. Til hvilken anvendelse anvendes en inverterende forstærker, og til hvilken anvendelse anvendes en ikke-inverterende forstærker?

Svar: Applikationer, hvor brugeren har brug for højere forstærkning, bedre svinghastighed, bedre CMRR vælger den inverterende forstærker. Og hvis en bruger har brug for højere dynamisk stabilitet i systemet, skal han passe på den ikke-inverterende forstærker.

5. Hvad er fordelene ved en inverterende forstærker i modsætning til ikke-inverterende?

Svar: En inverterende forstærker giver mere forstærkning, en bedre svinghastighed, højere CMRR end en ikke-inverterende forstærker.

6. Hvad er de typiske betingelser for ikke-inverterende forstærker til at fungere i det lineære område?

Svar: Lad os overveje, Rs er en typisk inputmodstand, Rf er feedbackmodstanden, Vcc er mætningsspændingen, og Vg er en referencespænding. Betingelsen for at arbejde i det lineære område af en ideel op-amp er:

(Rs + Rf) / Rs> | Vcc / vg |

7. Hvorfor anvendes en virtuel jord ikke på en ikke-inverterende forstærker?

Svar: Selvom elever ofte stiller spørgsmålet, er der en teknisk fejl i selve problemet. Virtual Ground er en egenskab ved forstærkeren, men det er ikke en lov, der faktisk kan anvendes. Nu, for en ikke-inverterende terminal, er der ingen node til stede i kredsløbet, hvilket ikke er godt.

8. Hvorfor er IP-modstanden for inverterende og ikke inverterende opam uendelig?

Svar: Indgangsmodstanden af ​​ikke-inverterende op amp er uendelig, men praktisk talt, hvis denne værdi af impedans bliver øget, jo mindre strøm vil den faktisk trække. Betingelsen er nødvendig for, at op-ampen kan udføre og forstærke ugesignalet på en effektiv måde.

9. Hvorfor er der ingen spænding over feedbackmodstanden i en ikke-inverterende forstærker?

Svar: For en spændingsfølger ikke-inverterende kredsløb, er der intet spændingsfald på tværs af den inverterende terminal, og for det ideelle tilfælde bør der ikke være nogen strøm gennem modstanden.

10. Hvorfor skal feedback-modstandsværdien være større end input-modstandsværdien i tilfælde af en OP-forstærker ikke-inverterende forstærker?

Svar: Forstærkningen af ​​en ikke-inverterende forstærker er angivet som [1 + (Rf / Ra)]. Vi kan se, at øgning af Rf (feedbackmodstand) vil øge systemets samlede forstærkning. Derfor holdes feedbackmodstandsværdien mere fremragende end inputmodstandsværdierne.

11. Hvad sker der, hvis jeg vil tilføje en positiv feedback-kondensator i en ikke-inverterende forstærker? Hvad med støj og fasemargen?

Svar: Hvis du tilføjer en positiv feedback-kondensator til en ikke-inverterende forstærker, fungerer kredsløbet som en multivibrator. RC-værdien styrer svingningen. Støj og fasemargen er ikke så meget vigtig.

For mere elektronikrelateret artikel Klik her

Læs også: