Notareu diferències importants entre les configuracions d'amplificadors operacionals inversors i no inversors en la manera com connecteu les entrades i com actua la sortida. També hi ha diferències en la fase de la sortida, la fórmula de guany i la impedància d'entrada que dóna cada configuració. Heu de conèixer aquestes diferències principals per prendre bones decisions de disseny. Aquestes diferències canviaran com funciona el vostre circuit i com planifiqueu el disseny de la vostra PCB. Aquesta comparació d'amplificadors operacionals inversors i no inversors us ajuda a triar la millor configuració per al vostre projecte.
Sortides de claus
Els amplificadors operacionals inversors capgiren el senyal d'entrada, però els amplificadors operacionals no inversors el mantenen igual. Hauries d'utilitzar amplificadors operacionals inversors quan vulguis barrejar senyals. Els amplificadors operacionals no inversors són millors per a l'emmagatzematge intermedi i quan necessites una impedància d'entrada alta. Els amplificadors operacionals no inversors solen fer menys soroll, de manera que funcionen bé per a treballs sensibles. Mireu sempre les fórmules de guany. Els amplificadors operacionals inversors utilitzen Guany = -R2/R1. Els amplificadors operacionals no inversors utilitzen Guany = 1 + (R2/R1). Un bon disseny de PCB és molt important. Mantingueu les pistes curtes i manteniu les parts analògiques i digitals separades per reduir el soroll.
Conceptes bàsics de l'amplificador operacional
Què és un amplificador operacional?
Vostè veu amplificador operacional molt en electrònicaUn amplificador operacional és un amplificador especial. Fa que els senyals de voltatge siguin més forts. S'utilitza en molts tipus de circuits. Pot fer diferents tasques. L'amplificador operacional té dos pins d'entrada. També té un pin de sortida. Es posen senyals a les entrades. L'amplificador operacional proporciona un senyal de sortida més fort.
La idea principal és que un amplificador operacional utilitza retroalimentació. La retroalimentació significa que part de la sortida torna a l'entrada. Això manté l'amplificador operacional estable i correcte. La majoria de les vegades, s'utilitza retroalimentació negativa. La retroalimentació negativa evita que la sortida es torni massa gran o descontrolada. Hi ha una altra regla anomenada curtcircuit virtual. Això significa que els dos pins d'entrada tenen gairebé el mateix voltatge. L'amplificador operacional no pren corrent de la font del senyal. Per aquestes coses, podeu utilitzar un amplificador operacional per a tasques matemàtiques. Pot sumar, restar, integrar i diferenciar senyals.
Característiques clau
Quan trieu un amplificador operacional, tingueu en compte el seu característiques principalsAquestes característiques decideixen com funciona el vostre circuit. Aquí teniu una taula amb les característiques més importants d'un amplificador operacional:
Característica | Valor ideal | Rang de valor real | Implicació en el rendiment del circuit |
|---|---|---|---|
Guany de bucle obert (Avo) | ∞ | 20,000 de 200,000 | Augmenta el senyal d'entrada. Més guany pot ajudar però pot causar problemes. |
Impedància d'entrada (Zin) | ∞ | Uns pocs picoamperes a diversos mil·liamperes | Una impedància d'entrada alta atura la càrrega. Això ajuda a que els senyals es mantinguin correctes. |
Impedància de sortida (Vout) | 0 | 100Ω a 20kΩ | Una baixa impedància de sortida permet que vagi més corrent a la càrrega. Això evita que la tensió caigui. |
Ample de banda (BW) | ∞ | Limitat pel producte guany-amplada de banda | L'ampli ample de banda permet que l'amplificador operacional funcioni amb moltes freqüències. Això és important per als senyals de CA. |
Voltatge de compensació (Vin) | 0 | Una mica de voltatge de desplaçament de sortida | Un voltatge de desplaçament petit és bo per a la precisió. Ajuda a mantenir la sortida correcta. |
Consell: Comproveu sempre aquests valors a la fitxa tècnica abans d'utilitzar un amplificador operacional. Triar l'amplificador operacional adequat ajuda al vostre circuit a funcionar millor.
Comparació d'amplificadors operacionals inversors i no inversors
Entrada i sortida
Quan es comparació entre inversor i no inversor Els amplificadors operacionals, veieu que es connecten de manera diferent. Per a un amplificador operacional inversor, el senyal va a l'entrada negativa. L'entrada positiva normalment es connecta a terra. La sortida surt invertida en comparació amb l'entrada. Per a un amplificador operacional no inversor, el senyal va a l'entrada positiva. L'entrada negativa es connecta a una xarxa de retroalimentació o divisor de tensió. La sortida coincideix amb l'entrada i no s'inverteix.
S'utilitza un amplificador operacional inversor quan es vol invertir el senyal. S'utilitza un amplificador operacional no inversor quan es vol que la sortida es mantingui igual que la fase d'entrada. Comprovar com es connecten l'entrada i la sortida és el primer pas per comparar aquests dos tipus.
Fase i guany
La fase de la sortida és molt important. En un amplificador operacional inversor, la sortida està 180 graus desfasada amb l'entrada. Si l'entrada puja, la sortida baixa. En un amplificador operacional no inversor, la sortida es manté en fase amb l'entrada. Quan l'entrada puja, la sortida també puja.
Hauries de conèixer les fórmules de guany per a cada tipus. El guany t'indica quant augmenta el senyal l'amplificador operacional. Aquí tens una taula que mostra les fórmules de guany per a tots dos:
Configuració | Fórmula de guany |
|---|---|
Amplificador d'inversió | Guany = -R2/R1 |
Amplificador sense inversió | Guany = 1 + (R2/R1) |
L'amplificador operacional inversor dóna un guany negatiu. L'amplificador operacional no inversor dóna un guany positiu que sempre és com a mínim un. Tots dos poden donar un guany alt, però la configuració de la resistència canvia el resultat.
Impedància i CMRR
La impedància és una altra diferència clau. En un amplificador operacional inversor, la impedància d'entrada prové de la resistència a l'entrada. Aquest valor no sol ser gaire alt. En un amplificador operacional no inversor, la impedància d'entrada és molt més alta. És gairebé infinita perquè depèn del propi amplificador operacional. Una impedància d'entrada alta és bona perquè no carrega la font del senyal.
CMRR significa Relació de rebuig en mode comú. Mostra com de bé l'amplificador operacional ignora els senyals que són iguals a les dues entrades. Tots dos tipus poden tenir un CMRR alt, però l'amplificador operacional no inversor sovint funciona millor en circuits reals. Això us ajuda a obtenir senyals més nets, especialment quan necessiteu un guany alt.
Seguidor de soroll i voltatge
El soroll pot fer que els senyals siguin desordenats. Els amplificadors operacionals inversors capten més soroll. Això passa perquè el corrent d'entrada passa per resistències i afegeix soroll addicional. Els amplificadors operacionals no inversors solen tenir menys soroll. La configuració de retroalimentació ajuda a mantenir el soroll baix, especialment amb guanys baixos.
Aquí teniu una taula que compara el rendiment del soroll:
Configuració | Rendiment de soroll |
|---|---|
No inversor | Normalment té menys soroll a causa de la retroalimentació. |
Invertint | Capta més soroll del corrent d'entrada a través de les resistències. |
Guany de soroll | Els amplificadors no inversors poden tenir un guany de soroll més baix a guanys de bucle tancat baixos que els amplificadors inversors. |
Un amplificador operacional no inversor pot funcionar com a seguidor de voltatge. Això significa que la sortida copia exactament l'entrada. Un seguidor de voltatge s'utilitza per connectar diferents parts d'un circuit sense perdre la qualitat del senyal. Aquestes són algunes de les coses que fa un seguidor de voltatge:
Manté separades les parts d'un circuit.
Manté la qualitat del senyal i adapta la impedància.
Té un guany de voltatge d'1, de manera que la sortida coincideix amb l'entrada.
Protegeix la qualitat del senyal entre les etapes del circuit.
Una alta impedància d'entrada significa que consumeix poc corrent.
La baixa impedància de sortida permet controlar bé altres etapes del circuit.
Un amplificador operacional inversor no pot ser un seguidor de tensió. Només l'amplificador operacional no inversor pot fer aquesta feina.
Descripció general de les aplicacions
En molts projectes s'utilitzen els dos tipus. L'amplificador operacional inversor funciona bé per barrejar senyals o crear filtres actius. L'amplificador operacional no inversor és millor per a una impedància d'entrada alta o per emmagatzemar un senyal. Aquí teniu una taula que ho mostra usos comuns per a cada tipus:
Tipus d'aplicació | Descripció |
|---|---|
Amplificadors d'àudio | Augmenta el volum dels senyals d'àudio per a un millor so als dispositius. |
Amplificadors de suma | Combina molts senyals d'entrada en una sortida. |
Els filtres actius | Filtra certes freqüències en els senyals. |
Amplificadors d'instrumentació | Proporciona una alta precisió i estabilitat per mesurar senyals en instruments. |
Veieu aquests tipus d'amplificadors operacionals a tot arreu en electrònica. Heu de triar el correcte en funció de les necessitats del vostre circuit. Si voleu un guany alt, podeu utilitzar qualsevol dels dos tipus, però heu de comprovar la fase, la impedància i el soroll. L'amplificador operacional inversor és ideal per a la mescla i el filtratge. L'amplificador operacional no inversor és el millor per a la memòria intermèdia i una alta impedància d'entrada.
Taula de referència ràpida
Aquí teniu una taula resum per comparar els amplificadors operacionals inversors i no inversors:
característica | Inversió d'amplificador operacional | Amplificador operacional no inversor |
|---|---|---|
Connexió d'entrada | Entrada negativa | Entrada positiva |
Fase de sortida | 180° fora de fase (invertit) | En fase (no invertida) |
Fórmula de guany | Guany = -R2/R1 | Guany = 1 + (R2/R1) |
Impedància d'entrada | Establert per resistència d'entrada | Molt alt (gairebé infinit) |
CMRR | alt | Més alt en la majoria dels casos |
Noise | Més probable que capti soroll | Menor soroll |
Seguidor de voltatge | No és possible | Possible |
Aplicacions | Barreja, filtratge, suma | Buffering, Z d'entrada alta, àudio |
Ara ja coneixes les principals diferències entre els amplificadors operacionals inversors i els no inversors. Això t'ajuda a triar el més adequat per al teu projecte, tant si necessites un guany alt, un soroll baix com característiques especials d'entrada i sortida.
Amplificador inversor d'amplificador operacional
Com funciona?
S'utilitza un amplificador inversor quan es vol invertir el senyal. El senyal d'entrada passa per una resistència fins a l'entrada negativa. L'entrada positiva es connecta a terra. Una resistència de retroalimentació connecta la sortida a l'entrada negativa. Així és com es mou el senyal en aquest circuit:
El senyal d'entrada va a l'entrada inversora mitjançant una resistència.
La resistència de retroalimentació connecta la sortida a l'entrada inversora. Això crea un bucle de retroalimentació negativa.
El corrent al terminal inversor segueix la llei d'Ohm.
Aquest corrent també es mou a través de la resistència de retroalimentació a causa del curtcircuit virtual.
El voltatge de sortida utilitza aquesta fórmula: Vout = -Vin × (Rf / Rin). Això mostra el guany i la inversió de fase.
Trets tècnics
Hi ha algunes coses importants sobre els amplificadors inversors:
El guany utilitza la fórmula -Rf/Rin. Podeu definir quant creix el senyal triant els valors de la resistència.
La impedància d'entrada i sortida canvia el funcionament del circuit.
El soroll pot fer que el senyal sigui menys clar.
L'amplificador inversor utilitza retroalimentació negativa. Això manté la sortida estable i invertida.
Si l'amplada de banda de l'amplificador operacional és massa petita, el circuit pot tornar-se inestable. Podeu solucionar-ho amb compensació de freqüència.
Pros i contres
Avantatges de l'amplificador operacional inversor | Desavantatges de l'amplificador operacional inversor |
|---|---|
Més estable que no inversor | Capta més soroll que els no inversors |
Alt guany possible escollint resistències | Requereix un disseny més complex |
Actua com a terreny virtual, facilitant el disseny | Sensible a la tensió de desplaçament d'entrada |
Pot invertir la fase de sortida | El mode comú limita el rang d'entrada |
Alta impedància d'entrada i baixa impedància de sortida | La inversió de fase pot ser un problema en alguns circuits |
Aplicacions
Vostè veu amplificadors inversors en molts llocsS'utilitzen en equips d'àudio, sistemes de control i eines mèdiques. L'amplificador inversor és bo per barrejar senyals, fer filtres i sumar senyals. Aquest circuit s'utilitza quan cal controlar la fase o barrejar senyals.
Consells de disseny de PCB
Quan feu una placa de circuit imprès (PCB) per a un amplificador inversor, manteniu les pistes curtes. Això ajuda a reduir el soroll. Col·loqueu les resistències a prop dels pins de l'amplificador operacional. Utilitzeu un pla de terra sòlid per a una millor estabilitat. Manteniu les vies d'entrada i sortida separades per evitar la retroalimentació no desitjada. Un disseny acurat us donarà els millors resultats del vostre amplificador inversor.
Amplificador no inversor d'amplificador operacional
Com funciona?
Utilitzeu un amplificador sense inversió quan voleu que la sortida coincideixi amb la fase d'entrada. El senyal d'entrada es connecta al terminal positiu. El terminal negatiu es connecta a un divisor de tensió fet amb dues resistències. Aquesta ruta de retroalimentació estableix el guany. La sortida copia l'entrada, de manera que no hi ha inversió de fase. Els amplificadors no inversors s'utilitzen quan necessiteu que la direcció del senyal es mantingui igual.
Trets tècnics
Podeu veure com es diferencien els amplificadors inversors i els no inversors en aquesta taula:
Base de la diferència | Amplificador d'inversió | Amplificador sense inversió |
|---|---|---|
Diferència de fase entre els senyals d'entrada i sortida | 180° fora de fase | En fase (0°) |
Configuració del terminal d'entrada | Entrada al terminal negatiu | Entrada al terminal positiu |
Configuració de comentaris | Retroalimentació al mateix terminal que l'entrada | Comentaris en un terminal diferent |
Guanyar expressió | $$A_v = -frac{R_2}{R_1}$$ | $$A_v = 1 + frac{R_2}{R_1}$$ |
Polaritat de guany | Negatiu | Positiu |
impedància d'entrada | Igual a R1 | Molt alt |
Aplicacions | Amplificadors de transresistència, circuits integradors | Circuits d'alta impedància d'entrada, seguidors de tensió |
Pros i contres
Els amplificadors no inversors tenen alguns punts forts. També tenen alguns inconvenients. Aquí teniu una taula que els mostra:
pros | Contres |
|---|---|
Alta resistència d'entrada | Una mica més difícil de dissenyar a causa de la configuració de retroalimentació |
Manté la fase original del senyal | |
Ideal per a senyals sensibles i memòria intermèdia |
Aplicacions
Els amplificadors operacionals no inversors s'utilitzen en circuits de sensors i buffers d'àudioTambé s'utilitzen com a seguidors de tensió. Aquests circuits necessiten una alta impedància d'entrada i cap canvi de fase. Trobeu amplificadors no inversors en eines de mesura i sistemes de condicionament de senyals. Ajuden a protegir els senyals febles i a connectar diferents etapes del circuit.
Consells de disseny de PCB
Consell: un bon disseny de PCB ajuda a que el vostre amplificador no inversor funcioni bé i es mantingui estable.
Col·loqueu un condensador de bypass a prop del pin d'alimentació de l'amplificador operacional per reduir el soroll.
Comproveu el guany de bucle obert entre els pins de sortida i d'entrada, ja que limita el guany.
Utilitzeu mètodes per eliminar la calor en dissenys d'amplificadors d'alta potència.
Mantingueu les parts analògiques i digitals separades per evitar el soroll dels circuits digitals.
Triar la configuració correcta de l'amplificador operacional
Factors de disseny
Hauries de pensar en algunes coses abans de triar una configuració d'amplificador operacional. La impedància d'entrada i el guany són molt importants. La configuració inversora dóna guany utilitzant les resistències de retroalimentació i d'entrada. La configuració no inversora dóna una mica més de guany perquè la fórmula n'afegeix un. Això pot causar problemes si no comproves els valors de la resistència. Cal assegurar-se que el guany s'ajusti al que es vol. El soroll i la fase també importen. L'amplificador operacional inversor inverteix la fase del senyal. L'amplificador operacional no inversor manté la fase igual. Pensa en com cada configuració canvia el senyal i l'estabilitat. Les bones eleccions ajuden a que l'amplificador operacional funcioni bé.
Consell: Mireu sempre la impedància d'entrada. L'amplificador operacional no inversor té una impedància d'entrada molt més alta. Això ajuda a mantenir segurs els senyals febles.
Decisions de sol·licitud
Diferents configuracions d'amplificador operacional funcionen millor per a diferents tasques. La taula següent mostra quina configuració és bona per a cada ús:
Configuració de l'amplificador operacional | Característiques clau | Aplicacions |
|---|---|---|
Amplificador diferencial | Augmenta la diferència de voltatge, bloqueja el soroll | Mesures de sensors, instrumentació, circuits analògics d'alta precisió |
Seguidor de voltatge | Alta impedància d'entrada, baixa impedància de sortida | Interfície de sensors, sistemes d'adquisició de dades, aïllament d'escenaris |
Trieu l'amplificador operacional inversor quan necessiteu mesclar senyals o fer filtres. Feu servir l'amplificador operacional no inversor per emmagatzemar en memòria intermèdia i mantenir els senyals segurs. Feu coincidir la configuració amb el vostre projecte per obtenir els millors resultats.
Impacte de PCB
La teva elecció d'amplificador operacional canvia la manera com dissenya la teva PCBLa configuració inversora necessita una disposició acurada per mantenir el soroll baix. Col·loqueu les resistències a prop dels pins de l'amplificador operacional. Mantingueu les pistes curtes. La configuració no inversora us permet utilitzar pistes més llargues perquè té una impedància d'entrada més alta. Mantingueu les parts analògiques i digitals separades per evitar interferències. Un bon disseny de PCB ajuda a que el vostre amplificador operacional funcioni bé i facilita la construcció. Planifiqueu sempre la vostra disposició en funció de la configuració de l'amplificador operacional que trieu.
Eines de disseny i bones pràctiques
Eines de disseny de PCB
Vostè necessita bones eines per construir un circuit d'amplificador operacional potent. Altium Designer té moltes funcions útils. Funciona bé per a projectes de PCB grans i multicapa. Cadence Allegro ajuda amb dissenys ràpids i de RF. Comprova si els vostres senyals són bons. LTspice us permet provar el vostre circuit d'amplificador operacional abans de construir-lo. Aquestes eines us ajuden a trobar problemes aviat i a solucionar el vostre disseny. L'ús de programari de PCB professional estalvia temps i us ajuda a evitar errors.
Optimització de circuits
Podeu millorar el vostre circuit d'amplificador operacional seguint uns passos senzills:
Poseu els senyals de rellotge en capes diferents dels senyals analògics. Això manté el soroll allunyat del vostre amplificador operacional.
Utilitzeu la connexió a terra en estrella per evitar que el soroll digital arribi a les parts analògiques.
Prova la senyalització diferencial per a les entrades analògiques per bloquejar el soroll.
Trieu les peces adequades. Els SMD ajuden a reduir la inductància i la capacitància addicionals.
Utilitzeu dissenys de microstrip o stripline per mantenir els senyals nets.
Afegiu dissipadors de calor o camins tèrmics si el vostre disseny s'escalfa.
Assegureu-vos que el vostre disseny sigui estable. Comproveu si hi ha oscil·lacions a les vies d'entrada i sortida.
Encamina bé les pistes d'alimentació perquè el teu amplificador operacional rebi un voltatge net.
Mantingueu les parts analògiques i digitals separades per reduir les interferències.
Utilitzeu un pla de terra sòlid per a una ruta segura per als corrents de retorn.
Consell: unes eleccions de disseny acurades ajuden a que el circuit de l'amplificador operacional es mantingui silenciós i funcioni bé.
Col·laboració d'assemblatge
Obteniu els millors resultats quan treballeu amb el vostre equip de muntatge de PCB. Una bona conversa durant el disseny i el muntatge us ajuda a evitar errors. Si compartiu els vostres fitxers de disseny amb antelació, l'equip de muntatge pot comprovar si hi ha problemes com ara desajustos de petjada. Aquest treball en equip pot aturar els problemes de soldadura i els retards abans que es produeixin. Quan parleu amb fabricants i muntadors, us assegureu que el vostre disseny compleixi les necessitats de seguretat i qualitat. Treballar junts us ajuda a construir un circuit d'amplificador operacional fiable que s'adapti als vostres objectius.
Heu après les principals diferències entre els amplificadors operacionals inversors i els no inversors. La taula següent mostra com canvia cada tipus de fase, d'entrada i per a què s'utilitzen:
característica | Inversió d'amplificador operacional | Amplificador operacional no inversor |
|---|---|---|
Canvi de fase | canvi de fase de 180 graus | canvi de fase de 0 graus |
Configuració d'entrada | Senyal a l'entrada inversora | Senyal a entrada no inversora |
Impedància d'entrada | Impedància d'entrada més baixa | Alta impedància d'entrada |
Aplicacions | Amplificadors inversors i sumadors | Seguidors de voltatge, amortidors |
Pensa en què vols que faci el teu circuit. Cal que els senyals siguin més grans, que els canviïs o que els mantinguis iguals? Calcula quant guany necessites. Comprova què necessita el teu circuit abans de triar una configuració. Fes servir bones eines de disseny de PCB. Segueix passos intel·ligents per aconseguir els millors resultats.
FAQ
Quina és la principal diferència entre els amplificadors operacionals inversors i els no inversors?
Per als amplificadors operacionals inversors, el senyal d'entrada es col·loca al terminal negatiu. Per als amplificadors operacionals no inversors, s'utilitza el terminal positiu per al senyal d'entrada. El tipus inversor fa que la fase de sortida s'inverteixi. El tipus no inversor manté la fase de sortida igual que l'entrada.
Quan s'ha d'utilitzar un seguidor de tensió?
Feu servir un seguidor de voltatge quan vulgueu protegir un senyal. Aquesta configuració proporciona una impedància d'entrada alta i una impedància de sortida baixa. Ajuda a protegir els senyals febles. També connecta diferents etapes del circuit sense perdre la intensitat del senyal.
Quina configuració és millor per a aplicacions de baix soroll?
Els amplificadors operacionals no inversors proporcionen menys soroll. La xarxa de retroalimentació d'aquesta configuració ajuda a reduir el soroll. Per a senyals sensibles, trieu la configuració no inversora.
Consell: Feu que les pistes de la vostra placa de circuit imprès siguin curtes. Això ajuda a reduir encara més el soroll.
Com calculeu el guany per a cada configuració?
Aquí teniu una taula de referència ràpida:
Configuració | Fórmula de guany |
|---|---|
Inversió d'amplificador operacional | Guany = -R2 / R1 |
Amplificador operacional no inversor | Guany = 1 + (R2 / R1) |
Trieu els valors de les resistències per definir el guany.
