Mga amplifier ng pagpapatakbo: inverting vs non-inverting topologies

Ang isang pagpapatakbo ng amplifier, sa core nito, ay isang mataas na pagganap na boltahe na amplifier, na integral sa isang napakaraming mga elektronikong sistema.Ang aparato na ito ay nag -pivots sa isang pilosopiya ng disenyo na gumagamit ng mga inductors, capacitor, at resistors.Ang mga sangkap na ito ay nakikipag -ugnay sa isang sayaw ng pagiging sopistikado, orchestrating boltahe na nakuha sa pamamagitan ng isang kumplikadong mekanismo ng feedback.Karaniwan, ang isang op-amp ay distilled sa tatlong pangunahing mga terminal: ang inverting input, ang noninverting input, at ang output.Ang masalimuot na sayaw ng mga terminal na ito ay nagdidikta ng pagganap at saklaw ng aplikasyon ng amplifier.

Catalog

Sa isang napakahusay na senaryo, ang isang op amp ay isang paragon ng pagiging perpekto, na ipinagmamalaki ang mga katangian tulad ng walang hanggan na pagtutol sa parehong mga input - isang testamento na walang pagpasa ng kasalukuyang sa mga terminal.Tinitiyak nito ang pantay na boltahe sa buong mga input, paglaban sa zero output, walang hanggan na bukas-loop gain, walang hanggan bandwidth, at napapabayaan na offset.Gayunpaman, bago natin masuri ang kaharian ng mga amplifier ng pagpapatakbo, kinakailangan na maunawaan ang likas na katangian ng negatibong feedback.Ang konsepto na ito ay hindi lamang isang haligi sa disenyo ng circuit;Ito ang pundasyon para sa mataas na pagganap, matatag na mga electronic circuit.

Ang aming artikulo ay naglalayong malutas ang mga nuances ng negatibong feedback, mga pagsasaalang -alang sa disenyo nito, at ang pagpapahusay ng pagganap ng circuit sa pamamagitan ng pag -optimize nito.Susunod sa linya ay isang masusing pag-iwas sa dalawang pivotal na mga topologies ng pagpapatakbo ng amplifier: ang mga inverting at non-inverting amplifier.Sinusuri namin ang kanilang mga prinsipyo, mga pamamaraan ng pagkalkula, at ang mga elemento ng pivotal sa disenyo ng circuit.Ang malalim na pagsisid na ito ay makakaya sa amin ng isang panoramic na pagtingin sa kung paano ang mga topologies ng amplifier na ito ay mapadali ang control control at hindi nagbabago na katatagan sa mga aplikasyon ng real-world.

Bago maunawaan ang mga amplifier ng pagpapatakbo (pag-iikot at hindi pag-iikot ng mga topologies), kailangan nating maunawaan ang isang pangunahing konsepto, negatibong puna.

Ang negatibong feedback ay hindi lamang isang diskarte sa disenyo ng circuit, kundi pati na rin ang pundasyon ng pagkamit ng mataas na pagganap, mataas na katatagan ng mga elektronikong circuit.Ang pangunahing konsepto ng negatibong feedback ay upang magdagdag ng isang risistor sa pagitan ng output at ang inverting input, na lumilikha ng isang closed-loop control system.

Ang mga OP amps ay maaaring magbigay ng napakataas na mga nakuha na open-loop na walang negatibong feedback, ngunit ang gayong mataas na mga natamo ay madalas na sinamahan ng mga paghihirap sa kontrol at hindi magandang katatagan.

Sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang feedback risistor sa pagitan ng output at ang inverting input, ang isang bahagi ng signal ng output ng amplifier ay "feedback" pabalik sa input.Ang pamamaraang ito ay epektibong "kumakalat" ng ilan sa pakinabang, sa gayon ay kinokontrol ang pangkalahatang pakinabang ng amplifier.

Pagpili ng Resistor ng Feedback: Ang halaga ng feedback risistor ay direktang nakakaapekto sa closed-loop gain.Ang pagpili ng naaangkop na halaga ng risistor ay susi sa pagkamit ng nais na pakinabang at pagganap.

Ang ugnayan sa pagitan ng closed-loop gain at bandwidth: Ang trade-off sa pagitan ng pakinabang at bandwidth ay kailangang isaalang-alang sa panahon ng disenyo.Ang pagdaragdag ng closed-loop gain ay karaniwang nagreresulta sa isang pagbawas sa bandwidth.

Katatagan at pagbaluktot: Ang naaangkop na negatibong feedback ay maaaring makabuluhang mapabuti ang katatagan ng circuit at mabawasan ang pagbaluktot ng signal.

Tumpak na pagkalkula ng feedback network: Sa pamamagitan ng tumpak na pagkalkula ng mga parameter ng mga resistor ng feedback at iba pang mga kaugnay na mga bahagi ng circuit, ang pagganap ng amplifier tulad ng linearity, ingay level, at dalas na tugon ay maaaring mai -optimize.

Gumamit ng de-kalidad na mga elektronikong sangkap: Ang pagpili ng high-precision, low-noise resistors, at iba pang mga sangkap ay maaaring mapabuti ang pangkalahatang pagganap ng circuit.

Ang negatibong feedback ay nagbibigay-daan para sa higit na katatagan at mas mahusay na kontrol sa pamamagitan ng pagsakripisyo ng ilan sa mga bukas na pakinabang.

Tumutulong din ito na mabawasan ang pagbabagu -bago ng pagganap ng circuit na dulot ng mga panlabas na kadahilanan tulad ng mga pagbabago sa temperatura at kawalang -tatag ng power supply.

Ang negatibong feedback ay isang pangunahing teknolohiya sa disenyo ng pagpapatakbo ng amplifier.Nakakamit nito ang pagkakaroon ng katatagan at kakayahang makontrol sa pamamagitan ng pinong closed-loop control, na mahalaga para sa pagpapabuti ng pangkalahatang pagganap at pagiging maaasahan ng mga electronic circuit.Sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang mas malalim na pag -unawa sa mga nagtatrabaho na mga prinsipyo at aplikasyon ng negatibong feedback, ang mga electronic circuit designer ay maaaring magdisenyo ng mas tumpak at matatag na mga sistema ng circuit.

Sa pag -iikot ng topology ng amplifier, ang core ng circuit ay ang pagpapatakbo ng amplifier, na ang inverting input ay tumatanggap ng negatibong signal ng feedback mula sa output sa pamamagitan ng risistor RF.Ang katangian ng topology na ito ay kapag ang pagtaas ng boltahe ng output, ang boltahe sa inverting input terminal ay bumababa, sa gayon binabawasan ang pagtaas ng boltahe ng output at bumubuo ng negatibong feedback.

Sa isang mainam na mundo, ipinapalagay namin na walang pagkakaiba sa boltahe sa pagitan ng mga terminal ng pag-input ng op-amp, iyon ay, ang pag-iikot at hindi pag-iikot na mga terminal ay nasa parehong boltahe.Ang estado na ito ay tinatawag na "virtual short circuit".

Dahil ang non-inverting input terminal ay direktang konektado sa lupa (ang boltahe ay 0V), ang inverting input terminal ay dapat ding itago sa 0V upang masiyahan ang virtual na kondisyon ng circuit.

Kabilang sa mga ito, (0 - vin)/R1 ay kumakatawan sa kasalukuyang mula sa terminal ng pag -input hanggang sa inverting terminal, at (0 - vout)/RF ay kumakatawan sa kasalukuyang mula sa output terminal hanggang sa inverting terminal.

Ipinapakita nito na ang laki ng pakinabang ay natutukoy ng ratio ng RF at R1, at dahil sa negatibong pag -sign, ang signal ng output ay wala sa phase (180 degree sa labas ng phase) na may signal ng pag -input.

Ang impedance ng pag -input ay higit sa lahat ay tinukoy ng input risistor R1 sa inverting amplifier.Nangangailangan ito ng maingat na pagsasaalang -alang ng impedance ng output ng mapagkukunan ng signal ng input para sa epektibong pagtutugma ng impedance.

Ang tugon ng dalas, isang mahalagang aspeto, ay nakatagpo ng mga limitasyon dahil sa likas na mga hadlang ng band ng OP amp.Ito ay humahantong sa isang nuancing na pagkilos sa pagbabalanse sa pagitan ng pakinabang at bandwidth, na dapat na maingat na na -optimize upang umangkop sa tukoy na aplikasyon sa kamay.

Ingay at katatagan, makabuluhang nakakaimpluwensya sa pagganap ng circuit.Ang profile ng ingay ng circuit, na hinuhubog ng mga resistors at OP amps, ay maaaring maging mapagkukunan ng pag -aalala.Gayunpaman, hindi ito isang hindi masusukat na hamon.Sa pamamagitan ng pagpili ng mga sangkap na mababang-noise at paggamit ng isang maalalahanin na layout ng circuit, ang mga isyung ito ay maaaring mapawi.

Para sa non-inverting amplifier topology, ang pangunahing prinsipyo ay upang ikonekta ang signal signisang closed-loop control.Sa isang mainam na estado, ipinapalagay na ang mga boltahe sa non-inverting input terminal at ang inverting input terminal (inverting input) ng pagpapatakbo amplifier ay pantay, iyon ay, sila ay zero boltahe sa estado ng walang-signal.Sa kasong ito, ang boltahe sa non-inverting input ay katumbas ng boltahe ng signal ng input (VIN) dahil direktang konektado ito sa signal ng input.

Ang paglalapat ng kasalukuyang batas ni Kirchhoff (KCL) sa inverting terminal, maaaring maitatag ang equation ng node.Ang equation na ito ay isinasaalang-alang ang kabuuan ng mga alon na dumadaloy sa inverting terminal, na dapat maging zero (na maaaring hindi papansinin na isinasaalang-alang ang napakaliit na pag-input ng kasalukuyang ng op-amp).

Dito, (vin - vout)/rf ay ang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng feedback risistor sa inverting terminal, at (Vin - 0)/R1 ay ang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng input risistor sa inverting terminal.

Ang pormula na ito ay nagpapakita na ang pakinabang ng isang non-inverting amplifier ay natutukoy ng ratio ng feedback risistor sa input risistor at na ang pakinabang ay hindi bababa sa 1 (i.e. kapag rf = 0).

Pagtutugma ng Impedance: Upang mapagbuti ang katatagan ng circuit at bawasan ang pagbaluktot ng signal, ang pagtutugma ng output impedance ng input signal source at ang input impedance ng amplifier ay dapat isaalang -alang.

Frequency Response: Dahil sa mga limitasyon ng bandwidth ng op-amp, ang dalas na tugon ng isang hindi pag-iikot na amplifier ay maaaring bumaba bilang pagtaas ng pakinabang.Dapat isaalang -alang ng disenyo ang pagpili ng naaangkop na modelo ng OP amp at pag -aayos ng mga parameter ng circuit upang matugunan ang mga kinakailangan sa aplikasyon.

Ingay at katatagan: Ang ingay ng risistor at op-amp panloob na ingay ay parehong nakakaapekto sa pagganap ng hindi pag-inverting ng amplifier.Ang mga low-noise resistors at OP amps ay dapat mapili sa panahon ng disenyo, at ang wastong mga diskarte sa pagruruta at saligan ay dapat gamitin upang mapagbuti ang pangkalahatang katatagan at pagtanggi ng ingay ng circuit.

Sa pamamagitan ng pag-alis ng malalim sa mga nuances ng negatibong puna, pag-iikot ng amplifier, at hindi pag-iikot ng mga topologies ng amplifier, nakakakuha tayo ng isang mas mayamang pagpapahalaga sa kanilang mahalagang papel sa kaharian ng modernong disenyo ng electronic circuit.Una nating i -on ang ating pansin sa mga benepisyo ng negatibong feedback.Ito ay isang laro-changer: negatibong feedback na panimula bolsters parehong katatagan at kawastuhan sa mga circuit sa pamamagitan ng pagbawas ng pakinabang.Isaalang -alang, halimbawa, isang pagpapatakbo amplifier.Dito, ang negatibong feedback ay isang makapangyarihang tool, na kapansin -pansing binabawasan ang impedance ng output habang sabay na pinapalakas ang impedance ng input.Ang dalawahang pagkilos na ito ay pinapagana ang mga katangian ng tugon ng circuit.Ang pagpapahusay na ito ay dalawang beses: hindi lamang ito nakataas ang pagganap ng circuit ngunit kapansin -pansin din na nagpapagaan ng mga epekto ng pagbabagu -bago ng temperatura at pag -iipon ng aparato sa kahusayan ng circuit.

Ngayon, mag-navigate tayo sa mga intricacy ng inverting at non-inverting amplifier topologies.Ang pag-urong ng mga amplifier, na kilala para sa kanilang 180-degree na pag-iikot sa pagitan ng mga signal ng input at output, ay integral sa mga tunog system at pagproseso ng signal.Kumuha ng mga audio amplifier bilang isang halimbawa;Ang pag-iikot ng mga amplifier ay nakatulong sa paghahatid ng isang pristine, signal na walang bayad na output, sa gayon ang pag-angat ng kalidad ng audio.Sa kabilang banda, ang mga non-inverting amplifier ay naglalaro ng isang mahalagang papel sa pagkuha ng data at mga interface ng sensor, salamat sa kanilang phase-nakahanay na input at output.Nag-excel sila sa mga truncating signal path at curtailing ingay sa pagkagambala, na, naman, pinalakas ang signal-to-ingay na ratio ng system.

Sa esensya, ang kaalaman na ito ng kaalaman sa disenyo ng elektronikong circuit ay hindi lamang palalimin ang aming pag -unawa sa mga prinsipyo ng circuitry;Nagtatatag ito ng isang matatag na platform para sa paglikha ng mahusay, mababang-ingay, at madaling iakma ang mga elektronikong sistema.Ang isang masusing pagkakahawak ng mga konsepto na ito ay nagbibigay ng mga elektronikong taga -disenyo na may malawak na canvas para sa pagbabago, na umuusbong na patuloy na pagsulong sa elektronikong teknolohiya.