การเปลี่ยนเครื่องขยายเสียง

Op-Amp (แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ) เป็นกระดูกสันหลังของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อนาล็อก แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้คือส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่อกับ DC ซึ่งขยายแรงดันไฟฟ้าจากอินพุตที่แตกต่างกันโดยใช้การตอบกลับของตัวต้านทาน Op-Amps ได้รับความนิยมในเรื่องความคล่องตัวเนื่องจากสามารถกำหนดค่าได้หลายวิธีและสามารถใช้งานได้หลายด้าน วงจรออปแอมป์ประกอบด้วยตัวแปรไม่กี่ตัวเช่นแบนด์วิดท์อินพุทและอิมพีแดนซ์เอาท์พุตอัตรากำไรเป็นต้นออปแอมป์คลาสต่างๆมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับตัวแปรเหล่านั้น มีออปแอมป์มากมายในแพ็คเกจวงจรรวม (IC) ที่แตกต่างกันไอซีของออปแอมป์บางตัวมีออปแอมป์สองตัวหรือมากกว่าในแพ็คเกจเดียว LM358, LM741, LM386 เป็นไอซี Op-amp ที่ใช้กันทั่วไป คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Op-amps ได้โดยทำตามส่วนวงจร Op-amp ของเรา

ออปแอมป์มีพินอินพุตที่แตกต่างกันสองพินและพินเอาท์พุตพร้อมกับพินเพาเวอร์ พินอินพุตดิฟเฟอเรนเชียลทั้งสองนี้กำลัง กลับพิน หรือพินเชิงลบและ ไม่กลับด้าน หรือบวก ออปแอมป์จะขยายความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างพินอินพุตสองตัวนี้และให้เอาต์พุตที่ขยายผ่านขา Vout หรือขาออก

op-amp สามารถจัดประเภทเป็น Inverting Amplifier หรือ Non-Reverse Amplifier ได้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทอินพุต ในบทช่วยสอน op-amp แบบไม่กลับด้านก่อนหน้านี้เราได้เห็นวิธีใช้แอมพลิฟายเออร์ในการกำหนดค่าแบบไม่กลับด้าน ในบทช่วยสอนนี้เราจะเรียนรู้ วิธีใช้ op-amp ในการกำหนดค่ากลับด้าน

การเปลี่ยนการกำหนดค่าเครื่องขยายเสียงในการดำเนินงาน

เรียกว่าInverting Amplifierเนื่องจาก op-amp เปลี่ยนมุมเฟสของสัญญาณเอาท์พุตตรง180 องศาเมื่อเทียบกับสัญญาณอินพุต เช่นเดียวกับก่อนหน้านี้เราใช้ตัวต้านทานภายนอกสองตัวเพื่อสร้างวงจรป้อนกลับและสร้างวงจรวงปิดผ่านเครื่องขยายเสียง

ในการกำหนดค่าแบบไม่กลับด้านเราให้ข้อเสนอแนะเชิงบวกในแอมพลิฟายเออร์ แต่สำหรับการกำหนดค่ากลับด้านเราจะสร้างข้อเสนอแนะเชิงลบในวงจร op-amp

มาดูแผนภาพการเชื่อมต่อสำหรับการย้อนกลับการกำหนดค่า op-amp

ใน op-amp ที่กลับด้านข้างต้นเราจะเห็นว่าR1และR2กำลังให้ข้อเสนอแนะที่จำเป็นในวงจร op-amp R2ต้านทานเป็นตัวต้านทานสัญญาณและR1ต้านทานเป็นตัวต้านทานข้อเสนอแนะ วงจรความคิดเห็นนี้กองกำลังแรงดันไฟฟ้าอินพุตค่าเกือบเป็นศูนย์

ข้อเสนอแนะเชื่อมต่อผ่านขั้วลบของ op-amp และขั้วบวกเชื่อมต่อกับกราวด์ ความต่างศักย์ของแรงดันไฟฟ้าข้ามอินพุทจะเหมือนกับความต่างศักย์ของอินพุทที่ไม่กลับด้าน ดังนั้นในการป้อนข้อมูลที่ไม่กลับหัวจะมีการสร้างจุดรวมของ Virtual Earth ซึ่งมีศักยภาพเช่นเดียวกับพื้นดินหรือโลก สหกรณ์แอมป์จะทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายเสียงที่แตกต่างกัน

ดังนั้นในกรณีของการกลับด้าน op-amp จะไม่มีกระแสไหลเข้าสู่ขั้วอินพุตและแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะเท่ากับแรงดันป้อนกลับของตัวต้านทานสองตัวเนื่องจากทั้งคู่เป็นแหล่งกราวด์เสมือนทั่วไป เนื่องจากพื้นดินเสมือนความต้านทานอินพุตของ op-amp จึงเท่ากับตัวต้านทานอินพุตของ op-amp ซึ่งเป็น R2 R2 นี้มีความสัมพันธ์กับอัตราขยายวงปิดและสามารถกำหนดอัตราขยายได้ตามอัตราส่วนของตัวต้านทานภายนอกที่ใช้เป็นข้อมูลป้อนกลับ

เนื่องจากไม่มีการไหลของกระแสในขั้วอินพุตและแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่แตกต่างกันเป็นศูนย์เราสามารถคำนวณค่าขยายวงปิดของแอมป์ op เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Op-amp consturction และการทำงานโดยไปที่ลิงค์

กำไรจาก Inverting Op-amp

ในภาพด้านบนจะแสดงตัวต้านทาน R2 และ R1 สองตัวซึ่งเป็นตัวต้านทานป้อนกลับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ร่วมกับการกลับแอมป์ R1 คือตัวต้านทานแบบป้อนกลับ (Rf) และ R2 เป็นตัวต้านทานอินพุต (ริน) ถ้าเราคำนวณกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานแล้ว -

ผม = (Vin - Vout) / (ริน (R2) - Rf (R1))

เนื่องจาก Dout เป็นจุดกึ่งกลางของตัวแบ่งดังนั้นเราจึงสามารถสรุปได้

ดังที่เราได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้เนื่องจากจุดรวมของกราวด์เสมือนหรือโหนดเดียวกันแรงดันไฟฟ้าป้อนกลับคือ 0, Dout = 0 ดังนั้น

ดังนั้นสูตรแอมพลิฟายเออร์กลับด้านสำหรับอัตราขยายวงปิดจะเป็น

กำไร (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

ดังนั้นจากสูตรนี้เราจะได้ตัวแปรสี่ตัวเมื่อมีตัวแปรอีกสามตัว เครื่องคิดเลข Op-amp Gain สามารถใช้ในการคำนวณกำไรของ op-amp ที่กลับหัวได้

ดังที่เราเห็นเครื่องหมายลบในสูตรเอาต์พุตจะอยู่นอกเฟส 180 องศาในทางตรงกันข้ามกับเฟสของสัญญาณอินพุต

ตัวอย่างการปฏิบัติของ Inverting Amplifier

ในภาพด้านบนการกำหนดค่า op-amp จะแสดงขึ้นโดยที่ตัวต้านทานแบบป้อนกลับสองตัวให้ข้อเสนอแนะที่จำเป็นใน op-amp ตัวต้านทาน R2 ซึ่งเป็นตัวต้านทานอินพุตและ R1 คือตัวต้านทานแบบป้อนกลับ ตัวต้านทานอินพุต R2 ซึ่งมีค่าความต้านทาน 1K โอห์มและตัวต้านทานแบบป้อนกลับ R1 มีค่าความต้านทาน 10k โอห์ม เราจะคำนวณอัตราขยายกลับของ op-amp ข้อเสนอแนะมีให้ในขั้วลบและขั้วบวกเชื่อมต่อกับกราวด์

สูตรสำหรับการกลับด้านกำไรของวงจร op-amp-

กำไร (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

ในวงจรด้านบน Rf = R1 = 10k และ Rin = R2 = 1k

ดังนั้น Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

ดังนั้นอัตราขยายจะเป็น -10 เท่าและเอาต์พุตจะอยู่นอกเฟส 180 องศา

ทีนี้ถ้าเราเพิ่มอัตราขยายของ op-amp เป็น -20 เท่าค่าตัวต้านทานแบบป้อนกลับจะเป็นเท่าไหร่ถ้าตัวต้านทานอินพุตจะเท่ากัน? ดังนั้น, Gain = -20 และ Rin = R2 = 1k -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

ดังนั้นถ้าเราเพิ่มค่า 10k เป็น 20k กำไรของ op-amp จะเป็น -20 เท่า

เราสามารถเพิ่มอัตราขยายของ op-amp ได้โดยการเปลี่ยนอัตราส่วนของตัวต้านทานอย่างไรก็ตามไม่แนะนำให้ใช้ความต้านทานที่ต่ำกว่าเป็น Rin หรือ R2 เนื่องจากค่าที่ต่ำกว่าของความต้านทานจะทำให้อิมพีแดนซ์อินพุตลดลงและสร้างภาระให้กับสัญญาณอินพุต ในมูลค่ากรณีทั่วไปจาก 4.7k เพื่อ 10k จะใช้สำหรับการต้านทานการป้อนข้อมูล

เมื่อต้องการอัตราขยายสูงและเราควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าอินพุตมีความต้านทานสูงเราจะต้องเพิ่มค่าของตัวต้านทานแบบป้อนกลับ แต่ก็ไม่แนะนำให้ใช้ตัวต้านทานที่มีมูลค่าสูงมากใน Rf ตัวต้านทานแบบป้อนกลับที่สูงขึ้นให้อัตรากำไรที่ไม่เสถียรและไม่สามารถเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการดำเนินการที่เกี่ยวข้องกับแบนด์วิดท์ที่ จำกัด 100k ค่าปกติหรือน้อยกว่าที่ใช้ในการต้านทานความคิดเห็น

นอกจากนี้เรายังต้องตรวจสอบแบนด์วิดท์ของวงจร op-amp สำหรับการทำงานที่เชื่อถือได้ด้วยอัตราขยายสูง

Summing Amplifier หรือ Op Amp Adder Circuit

inverting สหกรณ์แอมป์สามารถนำมาใช้ในสถานที่ต่างๆเหมือนOp amp สรุป Amplifier การประยุกต์ใช้ op-amp ที่สำคัญอย่างหนึ่งคือการรวมเครื่องขยายเสียงหรือเครื่องผสมดินเสมือน

ในภาพด้านบนเครื่องผสมดินเสมือนหรือแอมพลิฟายเออร์ผลรวมจะแสดงโดยที่ออปแอมป์แบบกลับด้านผสมสัญญาณที่แตกต่างกันหลายตัวผ่านเทอร์มินัลกลับด้าน อินพุตแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านนั้นแทบจะมีศักยภาพของโลกซึ่งเป็นแอพพลิเคชั่นที่เกี่ยวข้องกับมิกเซอร์ที่ยอดเยี่ยมในงานที่เกี่ยวข้องกับการมิกซ์เสียง

ดังที่เราเห็นสัญญาณต่าง ๆ ถูกรวมเข้าด้วยกันผ่านขั้วลบโดยใช้ตัวต้านทานอินพุตที่แตกต่างกัน สามารถเพิ่มอินพุตสัญญาณต่างๆได้ไม่ จำกัด จำนวน การเพิ่มของพอร์ตสัญญาณแต่ละพอร์ตจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของตัวต้านทานแบบป้อนกลับ R2 และตัวต้านทานอินพุตของช่องสัญญาณนั้น ๆ

เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้งานของ op-amp โดยทำตามวงจรที่ใช้ op-amp ต่างๆ การกำหนดค่า op-amp ที่กลับด้านนี้ยังใช้ในตัวกรองต่างๆเช่น active low pass หรือ active high pass filter

วงจรเครื่องขยายเสียงทรานส์อิมพีแดนซ์

การใช้แอมป์กลับแอมป์อีกแบบหนึ่งคือการใช้แอมพลิฟายเออร์เป็น Trans-Impedance Amplifier

ในวงจรดังกล่าว op-amp จะแปลงกระแสอินพุตที่ต่ำมากให้เป็นแรงดันไฟฟ้าขาออกที่สอดคล้องกัน ดังนั้นTrans-ต้านทานแปลงเครื่องขยายเสียงในปัจจุบันแรงดันไฟฟ้า

สามารถแปลงกระแสจากโฟโตไดโอด, เครื่องเร่งความเร็วหรือเซ็นเซอร์อื่น ๆ ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าต่ำและใช้เครื่องขยายสัญญาณอิมพีแดนซ์กระแสไฟฟ้าสามารถแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าได้

ในภาพด้านบน op-amp แบบกลับด้านที่ใช้ในการสร้างTrans-Impedance Amplifierซึ่งจะแปลงกระแสที่ได้จากโฟโตไดโอดเป็นแรงดันไฟฟ้า แอมพลิฟายเออร์ให้อิมพีแดนซ์ต่ำทั่วโฟโตไดโอดและสร้างการแยกจากแรงดันเอาต์พุตของออปแอมป์

ในวงจรข้างต้นจะใช้ตัวต้านทานแบบป้อนกลับตัวเดียวเท่านั้น R1 เป็นตัวต้านทานแบบป้อนกลับที่มีมูลค่าสูง เราสามารถเปลี่ยนอัตราขยายได้โดยการเปลี่ยนค่าของตัวต้านทาน R1 นี้ อัตราขยายสูงของ op-amp ใช้สภาวะที่เสถียรโดยที่กระแสโฟโตไดโอดเท่ากับกระแสตอบรับผ่านตัวต้านทาน R1

เนื่องจากเราไม่ได้ให้อคติภายนอกใด ๆ ในโฟโตไดโอดแรงดันออฟเซ็ตอินพุตของโฟโตไดโอดจึงต่ำมากซึ่งจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับขนาดใหญ่โดยไม่มีแรงดันออฟเซ็ตเอาต์พุตใด ๆ กระแสของโฟโตไดโอดจะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าขาออกสูง

การใช้งานอื่น ๆ ของ Inverting op-amp ได้แก่ -

ตัวเปลี่ยนเฟส
อินทิเกรเตอร์
ในการปรับสมดุลสัญญาณงานที่เกี่ยวข้อง
เครื่องผสม RF เชิงเส้น
เซ็นเซอร์ต่างๆใช้ op-amp แบบกลับด้านสำหรับเอาต์พุต