Niet-inverterende versterker: 5 belangrijke feiten die u moet weten

Inleiding tot niet-inverterende versterker

De niet-inverterende versterker is een andere werkingsmodus voor een standaardversterker. Zoals we weten, hebben typische versterkers twee aansluitingen: inverterend en niet-inverterend. Wanneer ingangen worden geleverd via niet-inverterende aansluitingen, staat die werkingsmodus bekend als een niet-inverterende versterker.

Niet-inverterende versterkertheorie

Het werkingsprincipe of de theorie achter de niet-inverterende versterker is hetzelfde als een inverterende versterker en voor niet-inverterende versterker is de ingang voorzien in de niet-inverterende aansluiting. De versterker versterkt de output met een bepaalde versterking en geeft deze in productie. De versterking is afhankelijk van de weerstandswaarden en het feedbacksysteem is verbonden met de inverterende versterker om negatieve feedback in het systeem te genereren. Omdat het systeem een ​​negatieve feedback heeft, heeft deze versterker meer stabiliteit maar een lagere versterking dan een inverterende versterker met dezelfde weerstandswaarden.

Schakelschema van niet-inverterende versterker

De onderstaande afbeelding toont het schakelschema van een niet-inverterende versterker. In de onderstaande afbeelding is Vin de ingangsspanning voor de versterker, R1 is de primaire weerstand, Rf is de feedbackweerstand en 'I' is de stroom door de feedbackweerstand. Bestudeer de afbeelding zorgvuldig, aangezien deze afbeelding in het hele artikel de niet-inverterende versterkerafbeelding zal worden genoemd.

niet-inverterende versterker
Krediet van het beeld: InductiveloadOp-Amp niet-inverterende versterker, gemarkeerd als openbaar domein, meer informatie over Wikimedia Commons

Ontwerp van niet-inverterende versterker

Het ontwerpen van een niet-inverterende versterker is een vrij eenvoudige en duidelijke taak. Aanvankelijk wordt de op-amp ingesteld met zijn positieve en -ve. referentiespanning en aardingscontacten worden gemaakt zoals vereist. Omdat het nu een niet-inverterende versterker is, wordt de ingangsspanning geleverd aan de niet-inverterende en inverterende aansluiting is verbonden met de aarde via een weerstand en wordt standaard feedbackweerstand geassocieerd met de inverterende versterker om -ve te leveren. feedback in het niet-inverterende versterkercircuit.

Hoe werkt een niet-inverterende versterker?

De niet-inverterende versterker versterkt het ingangssignaal dat wordt geleverd door de niet-inverterende versterker en weerstanden in het ontwerp van de versterker fungeren als de versterkingsfactor in een bepaalde wiskundige vergelijking. Door de virtuele aarding verschijnt de spanning van het B-punt ook aan het 'A'-uiteinde. Dat is hoe het A-knooppunt dezelfde spanning heeft als de ingangsspanning. Nogmaals, dezelfde stroom zal door de inverterende terminal stromen als die van het feedbackpad.

Afleiding van niet-inverterende versterker

Laten we de niet-inverterende versterkervergelijkingen en andere essentiële formules afleiden. Stel eerst dat virtuele kortsluiting werkt voor de versterker.

De spanning op het B-knooppunt is dan gelijk aan de spanning op het A-knooppunt.

Nu, VB = Vin.

De Vin zal dus ook op het A-knooppunt verschijnen. Daarom kunnen we zeggen:

VA = Vin.

Laten we aannemen dat de uitgangsspanning Vo is. De feedbackweerstand zou Rf zijn. De stroom door het feedbackpad is 'ik'. De 'I' kan worden geschreven zoals hieronder.

Ik = (Vo - VA) / Rf

Of, I = (Vo / Rf) - (VA / Rf) - - (1)

Dezelfde stroom vloeit door de inverterende terminal. Dus de vergelijking voor die terminal,

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

Door vergelijking (1) en vergelijking (2) te vergelijken, kunnen we schrijven -

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

Of, Vo ​​/ Rf = Vin / R1 + (Vin / Rf)

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

Of: Vo / Rf = Vin [(Rf + R1) / (R1 Rf)]

Of: Vo = Vin [(Rf + R1) / R1]

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

Dit is de uiteindelijke output van de niet-inverterende versterker.

Vergelijking van niet-inverterende versterker

De uiteindelijke uitgangsvergelijking van het circuit staat bekend als de niet-inverterende versterkervergelijking. De vergelijking geeft de relatie tussen de ingangs- en uitgangsspanning. De versterkingsfactor kan ook in de vergelijking worden waargenomen.

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

Dit is de niet-inverterende versterkervergelijking. De Rf is de feedbackweerstand, R1 is de weerstand die is aangesloten op de inverterende klem. De waarden van deze weerstanden zijn van invloed op de ingangsspanning. Zoals we kunnen zien, als de waarde van (Rf / R1) groter is dan 1, dan hebben we gewonnen in het systeem. De (Rf / R1) -factor moet dus zoveel mogelijk toenemen. Maar dat kan tot op zekere hoogte worden gedaan.

Niet-inverterende versterker Vout

De vout of de uitgangsspanning van de niet-inverterende versterker vertelt ons waarom deze reeks bewerkingen in de versterker de niet-inverterende versterker wordt genoemd. De uitgangsvergelijking van de niet-inverterende versterker wordt gegeven als V0 = Vin [1 + (Rf / R1)].

Uit de bovenstaande vergelijking kunnen we zien dat de uitgangsspanning en de ingangsspanning zich in dezelfde werkingsfase bevinden. In tegenstelling tot een inverterende aansluiting is de uitgang van de versterker niet geïnverteerd naar de negatieve fase. Daarom wordt de bewerkingsset een niet-inverterende versterker genoemd.

Niet-inverterende ingangsimpedantie van de versterker

Een ideale op-amp heeft de eigenschap van een hoge ingangsimpedantie en daarom is elke versterker ontworpen om grotere ingangsimpedanties te hebben. Niet-inverterende versterkers zijn geen uitzonderingen. Ze vertonen hogere ingangsimpedanties tijdens operaties.

Winst van niet-inverterende versterker

De output van een versterker is de input vermenigvuldigd met de versterking. De versterking van versterkers hangt af van de weerstandswaarden en het type feedback dat de versterker heeft. Voor het systeem met negatieve feedback is de versterking afgenomen en neemt de stabiliteit van het systeem toe, en voor positieve feedback is de versterking hoger, maar de sterkte van het systeem wordt afgenomen.

Voor de vergelijking: Vuit = k * Vin, k is de versterking van de versterker.

(Aandachtspunt: versterking is een verhouding tussen de uitgangsspanning en de geleverde ingangsspanning. Daarom heeft deze geen eenheden.)

Versterking van niet-inverterende versterker

We hebben eerder besproken wat gain bedoeld is voor een niet-inverterende versterker. Laten we eens kijken wat de exacte uitdrukking is voor de versterking van een niet-inverterende versterker.

De algemene uitdrukking van de uitgangsspanning van de versterker is Vuit = k * Vin.

De O / P equn van de niet-inverterende versterker geformuleerd als  

VO = [0 + (Rf / R1)] * Vin.

Dus k kan worden berekend als door de vergelijking van bovenstaande twee vergelijkingen.

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

Deze uitdrukking van de weerstand staat bekend als de versterking van de niet-inverterende versterker en hieruit kunnen we zien dat als Rf = R1, Vo = 2 * Vin. De ingangsspanning wordt dus versterkt met een factor 2. De (Rf / R1) -verhouding regelt doorgaans de versterking. Het verhogen van Rf verhoogt de versterkingswaarde.

Niet-inverterende opamp negatieve versterking

Een gedetailleerde analyse van de winst van niet-inverterend op amp eerder wordt gedaan. Niet-inverterende opamp negatieve versterking wordt de exacte versterking van de versterker genoemd. Het krijgt een andere nomenclatuur omdat de op-amp is voorzien van negatieve feedback. Hoewel de term misleidend is, denken veel lezers dat het aangeeft dat een niet-inverterende versterker de negatieve versterkingswaarden levert.

Niet-inverterende versterkeroverdrachtsfunctie

De overdrachtsfunctie van een systeem verwijst naar het proces dat de uitvoer beschrijft of levert voor elke invoer. Aangezien de versterker twee ingangen gebruikt en deze versterkt, zal de overdrachtsfunctie hetzelfde weerspiegelen. De overdrachtsfunctie kan worden geschreven als:

Vo = k * Vi

Hier zijn Vo en Vi de twee ingangen en k is de versterking.

Niet-inverterende versterker breadboard

Om de functionaliteit van een niet-inverterende versterker in het echt te observeren en te onderzoeken, moeten we een circuit maken met behulp van een PCB of een breadboard. Voor het experiment is wat apparatuur nodig. Ze staan ​​hieronder vermeld.

  1. Weerstanden van 1 kilo-ohm en tien kilo-ohm.
  2. IC741
  3. Verbindingsdraden
  4. CRO
  5. Broodplank
  6. DC voedingsspanning

De aansluiting van het breadboard wordt hieronder gegeven. Sluit de apparatuur op de juiste manier aan en bekijk de golfvorm van de uitgang in de CRO.

Bandbreedte van niet-inverterende versterker

Voordat u meer te weten komt over de bandbreedte van een niet-inverterende versterker, moet u ons de bandbreedte van een versterker laten weten. Bandbreedte wordt genoemd als het frequentiebereik waarover de versterker van de versterker boven de 70.7% komt.

De bandbreedte van een niet-inverterende versterker wordt bepaald door het versterkingsbandbreedteproduct te beschouwen en dit vervolgens te delen door de niet-inverterende versterking.

Niet-inverterende faseverschuiving van de versterker

Typisch wordt de faseverschuiving de verandering in de grootte van het ingangssignaal genoemd. Er is een black box en we leveren een ingangssignaal van +5 V. Als we nu -10 V als uitgang ontvangen, is er een faseverschuiving in de black box. Hetzelfde gebeurt voor de versterkers. Omdat we input leveren aan de niet-inverterende versterker, is er geen verandering in de fase van een spanning van een uitgangsspanning. We kunnen dus zeggen dat er een 0 iso verandering in de output. Voor een inverterende terminal is de faseverschuiving -180o.

Niet-inverterende sommerende versterkerversterking

De optelversterker levert de versterkte optelling van de ingangsspanningen als de uitgang. In het onderstaande circuit hebben we twee ingangsspanningen gegeven als V1 en V2 in de niet-inverterende aansluiting van de versterker, omdat we een niet-inverterende aansluiting willen creëren sommerende versterker.

niet-inverterende versterker
Afbeelding door: InductiveloadOp-Amp sommerende versterker, gemarkeerd als openbaar domein, meer informatie over Wikimedia Commons

Door superpositietheorie toe te passen om de spanning op knooppunten te bepalen, stellen we de stroomwaarden van de feedbacktak en de inverterende terminaltak gelijk.

De outputvergelijking is als volgt: Vout = [1 + (Rf / Ra)] * [(V1 + V2) / 2]

De niet-inverterende sommerende versterkerversterking is dus [1 + (Rf / Ra)] en dit is vergelijkbaar met typische niet-inverterende versterkers.

Toepassing van niet-inverterende versterker | Niet-inverterende versterker gebruikt.

  • Een van de belangrijkste toepassingen van een niet-inverterende versterker is het bieden van een hoge ingangsimpedantie en deze niet-inverterende opamp is hiervoor zeer efficiënt.
  • Niet-inverterende op-amps worden gebruikt om onderscheid te maken tussen kleine circuits binnen een gecascadeerde en complexe cursus.
  • Ze worden ook gebruikt in wisselende tegenprestaties.

Waar worden niet-inverterende versterkers voor gebruikt?

Niet-inverterende versterkers worden gebruikt vanwege hun hoge impedantiewaarden en betere stabiliteit dankzij negatieve feedback en versterking. De eigenschap van een niet-inverterende versterker die versterking of weerstand geeft aan de uitgang, maakte het beroemd om circuitdifferentiatie voor cascade-systemen.

Omkerende versus niet-inverterende versterkerruis

Inverterende versterkers bieden meer ruisversterking dan niet-inverterende versterkers. Het gebeurt omdat de bron van stroom en spanning een verschillende versterkingswaarde vindt voor de uitvoer. De ruisversterking is een zeer cruciale parameter om de prestaties van de versterker te meten.

Niet-inverterende bufferversterker

Niet-inverterende bufferversterker of de bufferversterker, of de buffer-op-amp, is een bepaald type op-amp die de enige invoer via de niet-inverterende versterker neemt en een eenheidsversterking levert. De inverterende klem is kortgesloten, waarbij de uitgang een negatieve feedback veroorzaakt. Dergelijke versterkers bieden een hoge ingangsimpedantie, een lagere uitgangsimpedantie en een hoog stroominkomen.

Buffers worden gebruikt voor een stroomonderbreker of om belasting van de ingang te voorkomen.

niet-inverterende versterker
Afbeelding door: InductiveloadOp-Amp Unity-Gain-buffer, gemarkeerd als openbaar domein, meer informatie over Wikimedia Commons

Niet inverterende versterker met condensator

Een condensator kan worden toegevoegd met een niet-inverterende versterker om verschillende overdrachtsfuncties te implementeren. Een condensator kan van de niet-inverterende versterker een integrator of differentiator maken.

Met behulp van de condensatoren kunnen ook niet-inverterende versterkers worden omgevormd tot AC-gekoppelde circuits, of een 'half-geleverde rail'.

Niet-inverterende versterker met referentiespanning

Niet-inverterende versterkers zijn geconfigureerd met referentiespanningen. Referentiespanningen zijn essentieel voor op-amps omdat ze de grenslimiet zijn voor de uitgangen. Een versterker kan niet verder gaan dan de positieve referentiespanning of onder de negatieve referentiespanning.

Veelgestelde Vragen / FAQ

1. Waar wordt een niet-inverterende versterker voor gebruikt?

Antwoord: Niet-inverterende versterkers worden gebruikt vanwege hun hoge impedantiewaarden en betere stabiliteit dankzij negatieve feedback en versterking. De eigenschap van een niet-inverterende versterker die versterking of weerstand geeft aan de uitgang, maakte het beroemd om circuitdifferentiatie voor cascade-systemen.

2. Wat is een betere inverterende of niet-inverterende versterker?

Antwoord: Omkerende versterkers hebben meer de voorkeur dan niet-omkerende versterkers. De slew rate en standard mode rejection ratio (CMRR) zijn hoger voor een inverterende versterker dan voor een niet inverterende versterker.

3. Teken een niet-inverterende versterkergolfvorm.

Antwoord: De onderstaande afbeelding toont de niet-inverterende versterkergolfvorm. We kunnen zien dat de output versterkt is en zich in dezelfde fase bevindt als de input.

niet-inverterende versterker
Waveform

4. Voor welke toepassing wordt een inverterende versterker gebruikt en voor welke toepassing wordt een niet-inverterende versterker gebruikt?

Antwoord: Toepassingen waarbij de gebruiker een hogere versterking, een betere slew-rate en een betere CMRR nodig heeft, zullen de inverterende versterker kiezen. En als een gebruiker een hogere dynamische stabiliteit van het systeem nodig heeft, moet hij geschikt zijn voor de niet-inverterende versterker.

5. Wat zijn de voordelen van een inverterende versterker ten opzichte van een niet-inverterende versterker?

Antwoord: Een inverterende versterker biedt meer versterking, een betere slew-rate, hogere CMRR dan een niet-inverterende versterker.

6. Wat zijn de typische omstandigheden van een niet-inverterende versterker om in het lineaire gebied te werken?

Antwoord: Laten we eens kijken, Rs is een typische ingangsweerstand, Rf is de feedbackweerstand, Vcc is de verzadigingsspanning en Vg is een referentiespanning. De voorwaarde voor het werken in het lineaire gebied van een ideale op-amp is:

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

7. Waarom wordt er geen virtuele aarde toegepast op een niet-inverterende versterker?

Antwoord: Hoewel leerlingen de vraag vaak stellen, zit er een technische fout in het probleem zelf. Virtual Ground is een eigenschap van de versterker, maar het is eigenlijk geen statuut dat kan worden toegepast. Nu, voor een niet-inverterende terminal, is er geen knooppunt in het circuit, wat niet goed is.

8. Waarom is de IP-weerstand van inverterende en niet-inverterende opam oneindig?

Antwoord: De ingangsweerstand van niet-inverterend: op amp is oneindig, maar praktisch als deze waarde van impedantie wordt verhoogd, hoe kleiner de stroom die het daadwerkelijk zal trekken. De voorwaarde is nodig om de op-amp op een efficiënte manier het weeksignaal te laten presteren en versterken.

9. Waarom staat er geen spanning over de feedbackweerstand in een niet-inverterende versterker?

Antwoord: Voor een spanningsvolger niet-inverterend circuit, er is geen spanningsval; over de inverterende terminal en in het ideale geval mag er geen stroom door de weerstand lopen.

10. Waarom moet de waarde van de terugkoppelingsweerstanden groter zijn dan de waarde van de ingangsweerstanden in het geval van een OP-amp niet-inverterende versterker?

Antwoord: De versterking van een niet-inverterende versterker wordt gegeven als [1 + (Rf / Ra)]. We kunnen zien dat het verhogen van de Rf (feedbackweerstand) de algehele versterking van het systeem zal vergroten. Daarom wordt de waarde van de terugkoppelweerstand beter gehouden dan de ingangsweerstandswaarden.

11. Wat gebeurt er als ik een positieve feedbackcondensator wil toevoegen aan een niet-inverterende versterker? Hoe zit het met de ruis en fasemarge?

Antwoord: Als je een positieve feedbackcondensator toevoegt aan een niet-inverterende versterker, werkt het circuit als een multivibrator. De RC-waarde regelt de oscillatie. De ruis- en fasemarge is niet zo belangrijk.

Voor meer elektronica gerelateerd artikel klik hier

Lees ook: