на 2025/07/7 2,686

Инвертирование против не инвертирующего OP-ампер объяснены с формулами усиления и реальными приложениями

Этот гид проходит через основы инвертирования и не инвертирования Op-AMP.Вы узнаете, как работает каждый из них, как вычислить усиление, когда использовать их и где они появляются в реальных цепях.

Каталог

Рисунок 1. Инвертирование с не инвертирующим сравнением OP-AMP

Что такое инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель - это простой способ управления как размера, так и направления сигнала.Одна вещь, которая выделяется, это то, как он переворачивает выход.Еще одна хорошая особенность - насколько он стабилен.Входная сторона остается близкой к нулевым вольт, что сохраняет цепь устойчивой.

Что такое не инвертирующий усилитель

Не инвертирующий усилитель берет сигнал, который вы ему даете, и повышает его, не изменяя его направление.Каким бы ни был ваш вход, выход следует таким же образом.Это плавная передача, которая помогает, когда вам нужен сигнал, чтобы оставаться так же, как есть, только сильнее.

Сила выхода зависит от двух резисторов.Изменив их значения, вы решаете, сколько повышения сигнала.Если вы вообще не хотите повысить, вы можете настроить его как буфер.В этом случае сигнал проходит с тем же уровнем, но с большей силой за ним.

Как работают инвертинг и не инвертирующие операционные усилители

Как инвертирующие, так и не инвертирующие Op-AMPS используют обратную связь, чтобы контролировать, как обрабатываются сигналы.Но то, как они обрабатывают вход и вывод, имеет большое значение в том, как они работают и где вы можете их использовать.

Инвертирование Op-AMPS

Инвертирующий Op-AMP берет ваш вход и направляет его через резистор на инвертирующий вход.Не инвертирующая сторона подключается к земле.Резистор обратной связи связывает выходной сигнал с тем же инвертирующим входом, который помогает усилителю оставаться стабильным во время работы.

Что интересно, так это то, как усилитель сохраняет инвертирующий вход вблизи нулевых вольт, хотя он не заземлен напрямую.Этот момент часто называют «виртуальным основанием».OP-AMP постоянно регулирует свой вывод для удержания этого баланса, отвечая на изменения входного ввода с последовательным поведением.

Не инвертирующие Op-AMPS

Не инвертирующий Op-AMP обрабатывает ваш сигнал, не переворачивая его.Вы отправляете вход в не инвертирующую сторону, и вывод перемещается вместе с ним.Нет изменений, нет сюрпризов.Это полезно, когда вам нужно сохранить форму и время сигнала, как они есть.

Эта настройка по -прежнему использует обратную связь, как и инвертирующий тип.Но здесь маршрут ввода меняется, как все реагирует.Op-AMP сравнивает то, что происходит с тем, что подается, и настраивает результаты, чтобы сохранить вещи устойчивыми.

Одна вещь, которую вы заметите, это то, как легко он касается ввода.Это вообще не тянет много, поэтому даже нежные сигналы остаются нетронутыми.Это делает его отличным для работы с датчиками или другими источниками, которые не могут позволить себе потерять силу.И поскольку он также имеет низкий выходной импеданс, он проходит чистого вдоль того, что будет дальше.

Бок о бок сравнение инвертирования против не инвертирования

Особенность	Инвертирование Усилитель	Не инвертирование Усилитель
Фаза сигнала	180 ° вне фазы (полярность обращена вспять)	Фазовый сдвиг 0 ° (та же полярность)
Получить формулу	Gain = –rf / rin (может быть <1 для затухание)	Прирост = 1 + (RF / R1) (всегда ≥1)
Входной импеданс	Равна Rin (относительно низко)	Очень высокий, ввод, связанный непосредственно к Op-AMP (+)
Выходной импеданс	Низкий, из -за отзывов	Низкий, благодаря отзывам
Возможность ослабления	Может ослаблять (выигрыш <1)	Не может ослаблять (усиление ≥1)
Типичные приложения	Инверсия сигнала, суммирование усилителей, Фильтры, ток на возрождение (трансмипеданс)	Буферы, сенсорные и аудиопогперсы, активные фильтры, подписчики напряжения
Фаза в фильтрах	Производит инверсию на этапах фильтрации	Сохраняет фазу в схемах фильтров (например, Sallen -Key)
Усиление шума	Как правило, более высокий прирост шума, помогая стабильность	Более низкий прирост шума может потребовать компенсация

Как сдвиги фазы в каждом типе Op-AMP?

Фазовый сдвиг - это просто способ сказать, движется ли выходной сигнал с входом или в противоположном направлении.Если ваш ввод поднимается, и вывод снижается, это сдвиг на 180 градусов.Если они движутся вместе, сигнал находится в фазе.

С помощью инвертирующего усилителя выход всегда движется в другую сторону.Когда вход поднимается, выход падает, и это происходит чистым, предсказуемым способом.Этот переверток исходит от того, как ввод подключен к инвертирующей стороне, а петля обратной связи вступает в то, чтобы все сбалансировать.То, что вы в конечном итоге, это устойчивая, перевернутая версия вашего входного сигнала.

Не инвертирующий усилитель, с другой стороны, сохраняет все движущееся синхронизация.Вход входит в не инвертирующую сторону, поэтому выходной это отражает его.Там нет переворачивания.Это делает его хорошим выбором для случаев, когда форма и время сигнала действительно имеют значение, например, когда вы имеете дело с показаниями звука или датчиков.

Как вычислить усиление OP-AMP?

Инвертирующий усиление усилителя

Инвертирующий усилитель не просто повышает ваш сигнал, он также переворачивает его.Количество, которое она изменяет, зависит от отношения между двумя резисторами.Вот формула:

$${А}_{\mathrm{V.}}=-\left(\frac{{\mathrm{Ведущий}}_{\mathrm{фон}}}{{\mathrm{Ведущий}}_{в}}\right)$$

Этот знак минус просто означает, что выход перемещается в противоположном направлении от ввода.Если ваш вход поднимается, выход падает на определенное количество, а размер этого изменения устанавливается двумя значениями резистора.Резистор, подключенный к выходу, представляет собой резистор обратной связи (Rₙ), а тем, который связан с входом, - это входной резистор (Rᵢ).

То, что заставляет эту схему вести себя так последовательно, так это то, как обрабатывает сигналы Op-AMP.Естественно, он пытается сохранить два входных контакта при одном и том же напряжении.Таким образом, несмотря на то, что инвертирующий вход не заземлен, цепь относится к нему так же, как и есть.Это называется виртуальной почвой.И поскольку ни один ток не впадает в сам op-AMP, все это направляется через путь обратной связи на выход.

Неинвертирующий усиление усилителя

Не инвертирующий усилитель дает вам чистый способ повысить сигнал, сохраняя при этом его первоначальное направление.Вы подключаете вход к не инвертирующей стороне OP-AMP, и выходной отражает его.Чтобы контролировать, насколько усиливается сигнал, вы используете два резистора.Эти резисторы подключаются от выхода к инвертирующему входу, создавая путь обратной связи, который сообщает OP-AMP, как сложно работать.

Усиление этой установки легко рассчитать:

$${А}_{\mathrm{V.}}=1+\left(\frac{{\mathrm{Ведущий}}_2}{{\mathrm{Ведущий}}_1}\right)$$

Это означает, что ваш выход никогда не будет слабее, чем ваш вход.Если r₂ больше, чем r₁, вы получите больше прибыли.Если они одинаковы, выигрыш составляет два.Вы можете настроить эти значения резистора в зависимости от того, сколько им нужно.

Общее использование инвертирования и не инвертирования операционных усилителей

Вы найдете Op-AMPS во всех видах повседневных схем.Если вы переворачиваете сигнал или просто передаете его чисто, знание того, где использовать каждый тип, помогает вашей настройке лучше работать с меньшими хлопотами.

Инвертирование приложений Op-AMP

• Инверсия сигнала и смешивание

Рисунок 2. Инверсия сигнала с использованием инвертирующего Op-AMP

Эта настройка показывает четыре входа, каждый из которых проходит через свой собственный резистор в инвертирующую сторону OP-AMP.Они встречаются в какой -то момент, что остается устойчивым благодаря резистору, связывающему вывод обратно на тот же вход.Другой вход заземлен.Этот баланс сохраняет сигналы в чистоте и позволяет им смешиваться, не мешая друг другу.

Если вы пытаетесь объединить несколько входов или перевернуть направление сигнала, этот вид схемы делает его простым.Он часто используется в аудио миксерах или аналогичных дизайнах, где вы хотите собрать несколько сигналов, сохраняя при этом все ясное и отдельное.

• Преобразование тока в напряжение

Рисунок 3. Основной трансмипеданс (ток -к напряжению) усилитель

Здесь вход - это ток вместо напряжения.Он впадает в инвертирующий вход операции по операциям.Один резистор подключает выход обратно к этому входу, а другая сторона заземлена.По мере появления тока OP-AMP отвечает, переключая свои результаты, чтобы сохранить сбалансированные вещи.

Обычно вы видите такую ​​настройку с датчиками света или фотодиодами.Что делает его настолько полезным, так это то, как входное напряжение остается устойчивым, что помогает выходным ответам чистым, последовательным образом.Это облегчает чтение или отправку в следующую часть вашей схемы.

• Фильтрация и формирование формы волны

Рисунок 4. Активный Бессель/Чебишевский полосовой пропуск или фильтр с высоким уровнем.

Эта схема начинается с треугольной волны, которая проходит через группу резисторов и конденсаторов, прежде чем достичь OP-AMP.Op-AMP помогает сформировать сигнал, работая как с положительными, так и с отрицательными источниками питания.Дополнительные детали на выходной стороне сохраняют контролируемый сигнал и устойчиво при движении вперед.

Этот макет помогает вам сосредоточиться на определенных частотах при очистке остальных.Это полезный способ изменить сигнал, не теряя ясности.Если вы пытаетесь выделить определенную часть формы волны или уменьшить нежелательный шум, этот дизайн облегчает эту работу.

• Осцилляторы и управление фазой

Рисунок 5. Упрощенная сеть обратной связи RC Ladder

В этом используется лестница резисторов и конденсаторов, питающихся в инвертирующий вход OP-AMP.Выход подключается к тому же входу через резистор.Усилитель работает на двойном источнике питания, чтобы поддерживать движение сигнала.

Этот вид схемы удобен, когда вам нужна повторяющаяся форма волны.Как только он начнет ездить на велосипеде, он продолжает без особой помощи.Это тот вид дизайна, который вы можете настроить и позволить запустить самостоятельно, что здорово, когда вы хотите устойчивые, временные сигналы без большого количества дополнительной настройки.

Не инвертирующие приложения OP-AMP

• Интерфейсы датчиков и сигнальные буферы

Рисунок 6. Неинвертирующий усилитель с регулируемым усилением

Эта установка берет сигнал в не инвертирующую сторону OP-AMP.На другом конце два резистора образуют путь между выходом и инвертирующей стороной, которая также подключается к земле.Дизайн сохраняет сигнал устойчивым, облегчая его работать.

Вы часто увидите это в цепях, которые имеют дело с деликатными сигналами, особенно от датчиков или инструментов измерения.Он работает тихо на заднем плане, убедившись, что сигнал четко передается, не перетаскивая источник.Это простой, но надежный способ поддерживать ясность на каждом этапе.

• Последователь напряжения для изоляции

Рисунок 7. Последователь напряжения Unity Gain с выходной нагрузкой

В этом примере OP-AMP является частью базового фильтра низких частот.Сигнал протекает через резисторы, прежде чем попасть в не инвертирующий вход.Один конденсатор соединяет этот вход к земле, а другой - в цикле обратной связи.

Это помогает обрезать нежелательный высокочастотный шум и оставляет вам более плавный выход.Это особенно удобно, когда вы пытаетесь сосредоточиться на нижних частях сигнала, например, базовый тон в аудио или медленная тенденция в данных датчиков.

• Фильтрующие схемы и усиление

Рисунок 8. Неинвертирующий фильтр с низким уровнем проездки

Этот дизайн построен, чтобы помочь с тихими или слабыми сигналами.Сигнал входит в положительный вход, и Op-AMP поднимает его до более полезного уровня.Путь обратной связи включает в себя два резистора, как и во многих других настройках усилителей.

Здесь выделяется то, что сигнал сохраняет свою форму.Ничто не перевернуто и не изменилось.Усилитель просто дает ему достаточно прочности, чтобы остальная часть схемы могла использовать его без отсутствия деталей.Это хорошо подходит, когда вы хотите чистый старт, не добавляя сложность.

• Повышение слабых сигналов

Рис.

В этом примере показана небольшая входная форма волны, входящую в положительную сторону OP-AMP.На выходе форма волны сохраняет ту же форму, но выделяется больше.Два резистора завершают путь обратной связи между выходным и отрицательным входом.

Это полезно, когда ваш вклад слишком тихий или слабый, чтобы быть полезным.Op-AMP придает ему прочность, в которой она нуждается, не изменяя его направление или не рисуя много из источника.Вот почему эта настройка часто появляется на ранней стадии сигнального пути, помогая вещам начать сильный, чистый старт.

Общие приложения

• Активные фильтры

Оп-ампер отлично подходят для строительных фильтров, которые формируют, как ведут себя сигналы.Независимо от того, хотите ли вы заблокировать низкие частоты, сократить максимумы или просто изолировать определенный диапазон, вы можете настроить его с помощью любого типа.Тот, который вы выберете, только зависит от того, как вы хотите, чтобы фаза сигнала вела себя.

• генераторы и генераторы сигналов

Вы найдете как инвертирующие, так и не инвертирующие настройки в цепях, которые создают повторяющиеся сигналы.Инвертирующие-это хорошо для правильного получения фазовых условий, в то время как не инвертирующие часто используются для поддержки или сглаживания сигнала.

• Преобразование напряжения и тока

Вы также можете использовать Op-AMPS для переключения между напряжением и током.Если вам нужно превратить крошечный ток в читаемое напряжение, стиль инвертирования обычно дает вам больший контроль и лучшую точность.

• Специальные цепи функции

Помимо базового усиления, Op-AMPS могут сделать некоторые аккуратные трюки.Вы можете создавать цепи, которые действуют как выпрямители или следовать кривой логарифма.Обе конфигурации могут быть скорректированы для выполнения этих более продвинутых задач сигнала, в зависимости от того, что вы пытаетесь сделать.

Заключение

Понимание инвертирования и не инвертирования Op-AMPS помогает вам выбрать правильный для вашей схемы без догадков.Каждый тип имеет свой собственный способ обработки сигналов, и знание того, когда их использовать, делает вашу настройку более плавной и надежной.Вы видели, как они влияют на фазу, усиление и поток сигнала, а также то, где они работают лучше всего.Независимо от того, повышаете ли вы слабый сигнал, объединяете источники или проходите чистый через себя, правильный усилитель имеет большое значение.С учетом ясных основ, вы можете создавать цепи, которые делают именно то, что вам нужно, без дополнительных хлопот.Используйте это руководство в качестве быстрого ссылки в любое время, когда вы не уверены, какой Op-Amp выбрать.