7. Ikke-inverterende forsterker

Ikke-inverterende forsterker
Ikke-inverterende forsterker, operasjonsforsterkere

Figur 29 - Den ikke-inverterende forsterkeren

Figur 29 (a) illustrerer ikke-inverterende forsterker, og figur 29 (b) viser ekvivalentkretsen.

Inngangsspenningen påføres gjennom R1 inn i den ikke-inverterende terminalen.

7.1 Input og Output Resistances

De inngangsbestandighet av denne forsterkeren er funnet ved å bestemme Thevenin-ekvivalenten til inngangskretsen. Lastmotstanden er normalt slik at Rlaste >> Ro. Hvis dette ikke var sant, ville den effektive gevinsten bli redusert og den effektive verdien av Ro ville være den parallelle kombinasjonen av Ro med Rlaste. La oss definere og R 'F = RF + Ro. Vi skal forsømme R1, siden det er så mye mindre enn Rin. Nå siden Rlaste >> Ro, kan vi redusere figur 29 (a) til den forenklede formen av figur 30 (a).

operasjonsforsterkere, op-amp, praktisk opp-amp

Figur 30 - Reduserte kretser for inngangsmotstand

Vi finner Thevenin-ekvivalenten til kretsen omgitt av elliptisk kurve, noe som resulterer i Figur 30 (b). I figur 30 (c), motstanden til høyre for 2Rcm er gitt av v/Jeg'. For å evaluere dette, skriver vi en loop-ligning for å oppnå

(53)

Derfor,

(54)

Indgangsmotstanden er den parallelle kombinasjonen av denne mengden med 2Rcm.

(55)

Husk det , R 'F = RF + Roog Rlaste >> Ro. Hvis vi beholder bare de viktigste betingelsene og merker det Rcm er stor, sammenligner Equation (55) til

(56)

hvor vi igjen bruker nullfrekvensspenningsøkningen, Go.

Likning (56) kan brukes til å finne inngangsbestandigheten til 741 op-amp. Hvis vi erstatter parameterverdiene som angitt i tabell 1, blir Equation (56)

Vi bruker igjen forutsetningene som Rcm er stor, det vil si R 'F » RF og R 'A » RA. Da er utgangsbestandigheten til en 741 op-amp gitt av

(57)

EKSEMPEL

Beregn inngangsmotstanden for enhetsgevinstfølgeren vist i Figur 31 (a).

Unity-gain følgesvenn

Figur 31 - Enhetsgevinstfølger

Løsning:  Den ekvivalente kretsen er vist i figur 31 (b). Siden vi antar nullfrekvensøkningen, Go, og fellesmodusmotstanden, Rcm, er høye, vi kan overse termen  sammenlignet med (1 +Go)Ri. Likning (57) kan ikke brukes siden RA = 0. Indgangsmotstanden blir da gitt av

Dette er vanligvis lik 400 MΩ eller mer, så vi kan forsømme R1 (dvs. sett R1 = 0).

7.2 Spenningsøkning

Vi ønsker å bestemme spenningsøkningen, A+ for den ikke-inverterende forsterkeren i figur 32 (a).

Ikke-inverterende forsterker

Figur 32 - Ikke-inverterende forsterker

Denne gevinsten er definert av

(58)

Den ekvivalente kretsen er vist i figur 32 (b). Hvis vi antar RF>>Ro, Rlaste>>Ro og kretsen kan reduseres til den som er vist i figur 32 (c). Hvis vi definerer videre, så viser resultatet 32 (d).

De antatte forholdene er ønskelige for å forhindre reduksjon av den effektive gevinst. Operasjonen av å ta Thevenin-ekvivalenter modifiserer den avhengige spenningskilden og drivspenningskilden som i figur 32 (d). Noter det

(59)

Utgangsspenningen er gitt av

(60)

Vi kan finne i ved å påføre KVL til kretsen i figur 32 (d) for å oppnå

(61)

(62)

hvor

og   antyde  .

Løsning for gjeldende, i, vi oppnår

(63)

Spenningsforsterkningen er gitt ved forholdet mellom utgang og inngangsspenning.

(64)

Som en kontroll av dette resultatet, kan vi redusere modellen til den ideelle opp-amp. Vi bruker nullfrekvensøkningen, Go, i stedet for G i ligning (64) og også følgende likheter.

(65)

Når vi lar , Equation (64) blir

(66)

som er enig med resultatet for den idealiserte modellen.

Eksempel

Finn gevinsten av enhetsgevinstfølgeren vist i Figur 33.

Unity gain, praktisk op-ampere, operasjonsforsterkere

Figur 33 - Unity gain følgesvennLøsning:  I denne kretsen, , R 'A = 2Rcmog RF << R 'A. Vi antar det Go er stor, , og vi satte R1 = RF. Ligning (64) reduseres deretter til

(67)

so vut = vin som forventet.

 

7.3 flere inngangsforsterkere

Vi forlenge de tidligere resultatene til tilfelle av ikke-inverterende forsterker med flere spenningsinnganger. Figur 34 viser en ikke-inverterende forsterker med flere innganger.

Multifunksjons ikke-inverterende forsterker

Figur 34 - Inngangs-forsterker med flere innganger

Hvis innganger v1, v2, v3, ..., vn påføres gjennom inngangsresistanser R1, R2, R3, ..., Rn, får vi et spesielt tilfelle av det generelle resultatet avledet i kapittel "Ideelle operasjonsforsterkere", som følger:

(68)

Vi velger

(69)

for å oppnå biasbalanse. Utgangsmotstanden er funnet fra ligning (52).

Som et bestemt eksempel, la oss bestemme utgangsspenningen til den to-inngangs sommeren i figur 35.

(35)

Utgangsspenningen er funnet fra ligning (68), som følger:

(70)

Vi velger   for å oppnå biasbalanse. Hvis vi antar RF = R1 = R2 = RA, så reduserer ligning (70) til vut = v1 + v2, som er en enhet-gevinst to-inngangs sommer.