Invertierender Verstärker: Anwendung als Transwiderstandsverstärker

Wie wir in den früheren Diskussionen gesehen haben, kann die Open-Loop-Verstärkung eines Operationsverstärkers (Operationsverstärkers) extrem hoch sein, etwa 1,000,000 oder mehr. Diese sehr hohe Verstärkung macht den Operationsverstärker sehr instabil, und ein sehr kleines Eingangssignal, selbst wenn es in μV liegt, reicht aus, um die Ausgangsspannung dort, wo sie gesättigt ist, unkontrollierbar anzusteigen, und wir verlieren die Kontrolle über den Ausgang vollständig. Daher werden wir uns mit Rückkopplungen und invertierenden Verstärkern als Lösung für die oben genannten Probleme befassen.

Sättigung

Bevor wir uns mit dem invertierenden Verstärker vertraut machen, müssen wir uns mit Rückkopplungen und den Begriffen der Sättigung vertraut machen. Die Ausgangsspannung eines Operationsverstärkers ist auf einen minimalen und maximalen Wert begrenzt, der nahezu der zugeführten Netzspannung entspricht.

Die Verbindung vom Ausgang zum Eingang über eine externe Verkabelung wird als Rückkopplungsverbindung bezeichnet. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Rückmeldungen: positive und negative Rückmeldungen.

Negative Rückkopplung und invertierende Operationsverstärkerkonfiguration

Wenn die Rückkopplung mit einem geeigneten Widerstand, der als Rückkopplungswiderstand bezeichnet wird, an den Eingangsanschluss des invertierenden Verstärkers (negativ) des Operationsverstärkers angeschlossen wird, wird die Rückkopplung als negative Rückkopplung bezeichnet. Wenn die Rückkopplungsverbindung zwischen dem Ausgang und dem nicht invertierenden (positiven) Anschluss des Operationsverstärkers über einen geeigneten Rückkopplungswiderstand hergestellt wird, spricht man von einer positiven Rückkopplung. In den meisten Anwendungen des Operationsverstärkers wird die negative Rückkopplung am häufigsten verwendet.

Die negative Rückkopplung führt zu einem anderen Spannungswert im invertierenden Eingang (-ve), was zu einem neuen Signal anstelle des tatsächlichen Eingangssignals führt, da die invertierende Klemmenspannung die Summe der Spannungen und der negativen Rückkopplungsspannung ist, die von der Ausgangsanschluss. Um daher das tatsächliche Eingangssignal vom Eingangssignal des invertierenden Anschlusses zu trennen, wird ein Eingangswiderstand R.₁ wird benutzt.

Wenn wir ein ideales Ersatzschaltbild betrachten, ist die Spannungsverstärkung im geschlossenen Regelkreis

Insbesondere wenn die Ausgangsspannung V ist_Oin diesem Moment

Der Gewinn A wird unendlich sein; die Spannung V.₁ idyllisch erweisen sich als gleich V.₂. Dies wird als virtueller Kurzschlusszustand bezeichnet. Ein praktisch Kurzschluss zeigt, dass unabhängig davon, ob die Spannung an einem und nur der Eingangsanschlüsse liegt, aufgrund der unendlichen oder praktisch sehr hohen Verstärkung automatisch am anderen Eingangsanschluss wirkt. Die nichtinvertierende Klemme 2 ist geerdet, also V.₂= 0 und V.₁ = 0. Daher ist Klemme 1 praktisch geerdet, dh sie repräsentiert tatsächlich Null Volt, auch ohne geerdet zu sein.

Konfiguration und Funktionsweise des Verstärkers invertieren

Strom i₁ durch R.₁ kann angegeben werden als:

Dieser Strom i1 kann nicht in den Operationsverstärker fließen, da ein idealer invertierender Verstärker dies hat unendlicher Eingangswiderstand und zieht daher Null aktuell. Deshalb habe ich! geht durch den R2-Widerstand und geht in Richtung der Klemme Nr. 3.

Unter Anwendung des Ohmschen Gesetzes können wir V bestimmen_o als:

V_o = V₁ - ich₁R₂

     = 0 -

Daher beträgt die Spannungsverstärkung im geschlossenen Regelkreis:

Da wir beobachtet haben, dass –ve mit dem Closed-Loop-Gain-Term einhergeht, wird diese Konfiguration des Operationsverstärkers als invertierende Konfiguration erkannt.

Aufgrund des virtuellen Erdungskonzepts wird der Eingangswiderstand als R definiert_i = V_i/i₁ = R₁

Die Gleichung für die Ausgangsspannung (V._o) impliziert, dass die Schaltung für eine konstante Verstärkerverstärkung A linear arbeitet_v als V._o = V_i x A._v. Diese Eigenschaft ist sehr nützlich, um ein Signal mit kleiner Größe in ein Signal mit viel größerer Spannung umzuwandeln. Und da es keine gibt Kondensatoren In der invertierenden Operationsverstärkerschaltung können daher die Eingangs- und Ausgangsspannungen sowie die Ströme in den Widerständen Gleichstromsignale sein, und daher kann der Operationsverstärker auch Gleichstromsignale verstärken.

Anwendung eines invertierenden Verstärkers

Was ist ein Transwiderstandsverstärker?

Transwiderstandsverstärker oder Strom-Spannungs-Wandler

Eine sehr nützliche Anwendung eines invertierenden Operationsverstärkers ist die eines Transimpedanzverstärkers oder eines Strom-Spannungs-Wandlers. Ein Transwiderstand oder ein Transimpedanz-Operationsverstärker wird als Strom-Spannungs-Wandlerschaltung verwendet. Diese werden beim Schaltungsentwurf umfassend genutzt, da es gut ist, einen sehr kleinen Strom, der von einer Schaltung oder einem Sensor erzeugt wird, in eine ausreichend hohe proportionale Ausgangsspannung umzuwandeln.

Betrachten Sie die Schaltung in der Abbildung. Der Eingangswiderstand R._i am virtuellen Knoten ist R._i = V₁/i₁ = 0 wie zuvor untersucht.

Der Strom i₁ ist im Wesentlichen gleich ich_s und so,

i₂ = ich₁ = Ich_s

Und V._o = -i₂R_f = -I_sR_f

Die O / P-Spannung ist direkt proportional zum Signalstrom und dem Rückkopplungswiderstand R._f entspricht dem Verhältnis von Ausgangsspannung zu Strom im Eingangsanschluss.

Wir werden über die lernen nicht invertierender Verstärker im kommenden Abschnitt.

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