Amplificatore non invertente: 5 fatti importanti che devi sapere

Introduzione all'amplificatore non invertente

L'amplificatore non invertente è un'altra modalità di funzionamento di un amplificatore standard. Come sappiamo, gli amplificatori tipici hanno due terminali: invertente e non invertente. Quando gli ingressi vengono forniti tramite terminali non invertenti, tale modalità di funzionamento è nota come amplificatore non invertente.

Teoria dell'amplificatore non invertente

Il principio di funzionamento o la teoria alla base dell'amplificatore non invertente è lo stesso di un amplificatore invertente e per l'amplificatore non invertente, l'ingresso è fornito nel terminale non invertente. L'amplificatore amplifica l'uscita con un guadagno particolare e lo fornisce in produzione. Il guadagno dipende dai valori di resistenza e il sistema di feedback è collegato all'amplificatore invertente per generare feedback negativo nel sistema. Poiché il sistema ha un feedback negativo, questo amplificatore ha una maggiore stabilità ma un guadagno inferiore rispetto a un amplificatore invertente con gli stessi valori di resistenza.

Schema elettrico dell'amplificatore non invertente

L'immagine sotto mostra lo schema del circuito di un amplificatore non invertente. Nell'immagine sotto, Vin è la tensione di ingresso per l'amplificatore, R1 è la resistenza primaria, Rf è la resistenza di retroazione e "I" è la corrente attraverso la resistenza di retroazione. Studia attentamente l'immagine poiché questa immagine verrà chiamata immagine dell'amplificatore non invertente in tutto l'articolo.

Design dell'amplificatore non invertente

Progettare a amplificatore non invertente è un compito abbastanza semplice e diretto. Inizialmente, l'amplificatore operazionale è impostato con i suoi positivi e -ve. la tensione di riferimento e i contatti di terra sono realizzati secondo necessità. Ora, poiché si tratta di un amplificatore non invertente, la tensione di ingresso è fornita al terminale non invertente e il terminale invertente è collegato a terra tramite una resistenza e la resistenza di retroazione standard è associata all'amplificatore invertente per fornire -ve. feedback nel circuito dell'amplificatore non invertente.

Come funziona un amplificatore non invertente?

L'amplificatore non invertente amplifica il segnale di ingresso fornito all'amplificatore non invertente e le resistenze nel progetto dell'amplificatore agiscono come fattore di guadagno in una particolare equazione matematica. A causa della messa a terra virtuale, la tensione del punto B appare anche all'estremità "A". È così che il nodo A ha la stessa tensione della tensione di ingresso. Anche in questo caso, la stessa corrente fluirà attraverso il terminale invertente come quella del percorso di feedback.

Derivazione dell'amplificatore non invertente

Deriviamo le equazioni dell'amplificatore non invertente e altre formule essenziali. Inizialmente, supponiamo che il cortocircuito virtuale funzioni per l'amplificatore.

Quindi, la tensione sul nodo B sarà uguale alla tensione sul nodo A.

Ora, VB = Vin.

Il Vin quindi apparirà anche nel nodo A. Pertanto, possiamo dire,

Va = vin.

Supponiamo che la tensione di uscita sia Vo. Si dice che la resistenza di feedback sia Rf. La corrente attraverso il percorso di feedback è “io”. L'"io" può essere scritto come di seguito.

I = (Vo – VA) / Rf

Oppure, I = (Vo / Rf) – (VA / Rf) —- (1)

La stessa corrente scorre attraverso il terminale invertente. Quindi, l'equazione per quel terminale,

I = (VA – 0) / R1 = VA / R1 = Vin / R1 —- (2)

Uguagliando l'equazione (1) e l'equazione (2), possiamo scrivere:

(Vo/Rf) – (Vin/Rf) = Vin/R1

Oppure, Vo/Rf = Vin/R1 + (Vin/Rf)

Oppure, Vo / Rf = Vin [ (1/R1) + (1/Rf)]

Oppure, Vo / Rf = Vin [ (Rf + R1) / (R1 Rf)]

Oppure, Vo = Vin [(Rf + R1) / R1]

Oppure, V0 = Vin [ 1 + (Rf/R1)]

Questa è l'uscita finale dell'amplificatore non invertente.

Equazione dell'amplificatore non invertente

L'equazione di uscita finale del circuito è nota come equazione dell'amplificatore non invertente. L'equazione fornisce la relazione tra la tensione di ingresso e quella di uscita. Nell'equazione è anche possibile osservare il fattore di guadagno.

V0 = Vin [ 1 + (Rf/R1)]

Questa è l'equazione dell'amplificatore non invertente. Rf è la resistenza di retroazione, R1 è la resistenza collegata al terminale invertente. I valori di queste resistenze influiscono sulla tensione di ingresso. Come possiamo vedere, se il valore di (Rf / R1) è maggiore di 1, allora abbiamo guadagnato nel sistema. Quindi il fattore (Rf / R1) deve aumentare il più possibile. Ma questo può essere fatto in una certa misura.

Amplificatore non invertente Vout

La vout o la tensione di uscita dell'amplificatore non invertente ci dice perché questo insieme di operazioni nell'amplificatore è chiamato amplificatore non invertente. L'equazione di uscita dell'amplificatore non invertente è data come V0 = Vin [ 1 + (Rf/R1)].

Dall'equazione di cui sopra, possiamo osservare che la tensione di uscita e quella di ingresso si trovano nella stessa fase di funzionamento. A differenza di un terminale invertente, l'uscita dell'amplificatore non è invertita sulla fase negativa. Ecco perché l'insieme di operazioni è chiamato amplificatore non invertente.

Impedenza di ingresso dell'amplificatore non invertente

Un amplificatore operazionale ideale ha la proprietà di un'elevata impedenza di ingresso ed è per questo che ogni amplificatore è progettato per avere impedenze di ingresso maggiori. Gli amplificatori non invertenti non fanno eccezione. Mostrano impedenze di ingresso più elevate durante le operazioni.

Guadagno dell'amplificatore non invertente

L'uscita di un amplificatore è l'ingresso moltiplicato per il guadagno. Il guadagno degli amplificatori dipende dai valori di resistenza e dal tipo di feedback dell'amplificatore. Per il sistema a feedback negativo, il guadagno diminuisce e la stabilità del sistema aumenta, mentre per il feedback positivo il guadagno è maggiore, ma la forza del sistema diminuisce.

Per l'equazione: Vout = k * vin, k è il guadagno dell'amplificatore.

(Nota da notare: il guadagno è il rapporto tra la tensione di uscita e la tensione di ingresso fornita. Ecco perché non ha unità.)

Guadagno dell'amplificatore non invertente

Abbiamo discusso in precedenza cosa si intende per guadagno per un amplificatore non invertente. Cerchiamo di trovare l'esatta espressione del guadagno di un amplificatore non invertente.

L’espressione generale della tensione di uscita dell’amplificatore è Vout = k * vin.

L'O / P equⁿ dell'amplificatore non invertente formulato come  

V0 = [ 1 + (Rf/R1)] * Vin.

Quindi, k può essere calcolato come confrontando le due equazioni precedenti.

K = [ 1 + (Rf/R1)].

Questa espressione del resistore è nota come guadagno dell'amplificatore non invertente e da ciò possiamo osservare che se Rf = R1, Vo = 2 * Vin. Pertanto, la tensione di ingresso viene amplificata di un fattore 2. Il rapporto (Rf/R1) in genere controlla il guadagno. Aumentando Rf aumenta il valore del guadagno.

Guadagno negativo dell'amplificatore operazionale non invertente

Un'analisi dettagliata del guadagno di Non invertente op amp è fatto in precedenza. Il guadagno negativo dell'amplificatore operazionale non invertente è indicato come il guadagno esatto dell'amplificatore. Viene data una nomenclatura diversa perché l'amplificatore operazionale è dotato di feedback negativo. Sebbene il termine sia fuorviante, molti lettori pensano che indichi che un amplificatore non invertente fornisce le grandezze negative del guadagno.

Funzione di trasferimento dell'amplificatore non invertente

La funzione di trasferimento di un sistema si riferisce al processo che descrive o fornisce l'output per ogni input. Poiché l'amplificatore prende due ingressi e li amplifica, la funzione di trasferimento rifletterà lo stesso. La funzione di trasferimento può essere scritta come:

Vo = k * vi

Qui Vo e Vi sono i due ingressi e k è il guadagno.

Breadboard amplificatore non invertente

Per osservare ed esaminare nella realtà la funzionalità di un amplificatore non invertente, dobbiamo realizzare un circuito utilizzando un PCB o una breadboard. L'esperimento richiede alcune attrezzature. Sono elencati di seguito.

1. Resistenze da 1 kiloohm e dieci kiloohm.
2. IC741
3. Collegare i fili
4. CRO
5. breadboard
6. Alimentazione in tensione continua

Il collegamento della breadboard è riportato di seguito. Collegare correttamente l'apparecchiatura e osservare la forma d'onda in uscita nel CRO.

Larghezza di banda dell'amplificatore non invertente

Prima di conoscere la larghezza di banda di un amplificatore non invertente, conosciamo la larghezza di banda di un amplificatore. La larghezza di banda viene definita come l'intervallo di frequenza oltre il quale l'amplificatore dell'amplificatore supera il 70.7%.

La larghezza di banda di un amplificatore non invertente viene determinata considerando il prodotto guadagno-larghezza di banda e quindi dividendolo per il guadagno non invertente.

Sfasamento dell'amplificatore non invertente

Tipicamente, lo sfasamento viene definito come la variazione dell'entità del segnale di ingresso. C'è una scatola nera e forniamo un segnale di ingresso di +5 V. Ora, se riceviamo -10 V come uscita, allora c'è uno sfasamento all'interno della scatola nera. Lo stesso accade per gli amplificatori. Poiché forniamo ingresso all'amplificatore non invertente, non vi è alcun cambiamento nella fase di una tensione di una tensione di uscita. Quindi possiamo dire che c'è uno 0^o cambiamento nell'output. Per un terminale invertente, lo sfasamento è -180^o.

Guadagno dell'amplificatore sommatore non invertente

L'amplificatore sommatore fornisce la somma amplificata delle tensioni di ingresso come uscita. Nel circuito sottostante, abbiamo fornito due tensioni di ingresso come V1 e V2 nel terminale non invertente dell'amplificatore poiché vogliamo creare un terminale non invertente amplificatore sommatore.

Applicando la teoria della sovrapposizione per determinare la tensione ai nodi, uguagliamo i valori di corrente dal ramo di retroazione e dal ramo terminale invertente.

L'equazione di output è: Vout = [1 + (Rf/Ra)] * [ (V1 + V2) / 2]

Pertanto, il guadagno dell'amplificatore sommatore non invertente è [1 + (Rf/Ra)] e questo è simile ai tipici amplificatori non invertenti.

Applicazione dell'amplificatore non invertente | Usi dell'amplificatore non invertente.

• Una delle applicazioni significative dell'amplificatore non invertente è offrire un'elevata impedenza di ingresso e questo amplificatore operazionale non invertente è molto efficiente per questo.
• Gli amplificatori operazionali non invertenti vengono utilizzati per distinguere tra piccoli circuiti all'interno di un percorso in cascata e complesso.
• Sono utilizzati anche per variare la considerazione del guadagno.

A cosa servono gli amplificatori non invertenti?

Gli amplificatori non invertenti vengono utilizzati per i loro elevati valori di impedenza e la migliore stabilità dovuta al feedback e al guadagno negativi. La proprietà dell'amplificatore non invertente di fornire guadagno o resistenza all'uscita lo ha reso famoso per la differenziazione dei circuiti per i sistemi in cascata.

Rumore dell'amplificatore invertente e non invertente

Gli amplificatori invertenti forniscono un maggiore guadagno di rumore rispetto agli amplificatori non invertenti. Ciò accade perché la sorgente di corrente e di tensione trova un valore di guadagno diverso nell'uscita. Il guadagno di rumore è un parametro molto cruciale per misurare le prestazioni dell'amplificatore.

Amplificatore buffer non invertente

L'amplificatore buffer non invertente o l'amplificatore buffer, o l'amplificatore operazionale buffer, è un particolare tipo di amplificatore operazionale che prende l'unico ingresso attraverso l'amplificatore non invertente e fornisce guadagno unitario. Il terminale invertente è in cortocircuito, con l'uscita che crea un feedback negativo. Tali amplificatori offrono un'impedenza di ingresso elevata, un'impedenza di uscita inferiore e un alto reddito di corrente.

I buffer vengono utilizzati per un interruttore automatico o per evitare il caricamento dell'ingresso.

Amplificatore non invertente con condensatore

È possibile aggiungere un condensatore con un amplificatore non invertente per implementare varie funzioni di trasferimento. Un condensatore può trasformare l'amplificatore non invertente in un integratore o un differenziatore.

Utilizzando i condensatori, gli amplificatori non invertenti possono anche essere trasformati in circuiti accoppiati in CA o in un "rail semialimentato".

Amplificatore non invertente con tensione di riferimento

Gli amplificatori non invertenti sono configurati con tensioni di riferimento. Le tensioni di riferimento sono essenziali per gli amplificatori operazionali poiché rappresentano il limite limite per le uscite. Un amplificatore non può andare oltre la tensione di riferimento positiva o scendere al di sotto della tensione di riferimento negativa.

Domande frequenti

1. A cosa serve un amplificatore non invertente?

Risposta: Gli amplificatori non invertenti vengono utilizzati per i loro elevati valori di impedenza e la migliore stabilità dovuta al feedback e al guadagno negativi. La proprietà dell'amplificatore non invertente di fornire guadagno o resistenza all'uscita lo ha reso famoso per la differenziazione dei circuiti per i sistemi in cascata.

2. Qual è l'amplificatore invertente o non invertente migliore?

Risposta: Gli amplificatori invertenti sono maggiormente preferiti rispetto agli amplificatori non invertenti. La velocità di variazione e il rapporto di reiezione della modalità standard (CMRR) sono più elevati per un amplificatore invertente rispetto a un amplificatore non invertente.

3. Disegna la forma d'onda dell'amplificatore non invertente.

Risposta: L'immagine sotto mostra la forma d'onda dell'amplificatore non invertente. Possiamo osservare che l'uscita è amplificata ed è nella stessa fase dell'ingresso.

4. Per quale applicazione viene utilizzato un amplificatore invertente e per quale applicazione viene utilizzato un amplificatore non invertente?

Risposta: Le applicazioni in cui l'utente necessita di un guadagno più elevato, di una migliore velocità di risposta e di un migliore CMRR sceglieranno l'amplificatore invertente. E se un utente necessita di una maggiore stabilità dinamica del sistema, dovrebbe optare per l'amplificatore non invertente.

5. Quali sono i vantaggi di un amplificatore invertente rispetto a uno non invertente?

Risposta: Un amplificatore invertente fornisce più guadagno, una migliore velocità di risposta e un CMRR più elevato rispetto a un amplificatore non invertente.

6. Quali sono le condizioni tipiche in cui un amplificatore non invertente opera nella regione lineare?

Risposta: Consideriamo che Rs è una tipica resistenza di ingresso, Rf è la resistenza di retroazione, Vcc è la tensione di saturazione e Vg è una tensione di riferimento. La condizione per lavorare nella regione lineare di un amplificatore operazionale ideale sarà:

(Rs + Rf) / Rs > |Vcc / vg|

7. Perché ad un amplificatore non invertente non viene applicata una massa virtuale?

Risposta: Anche se gli studenti pongono spesso la domanda, c’è un difetto tecnico nel problema stesso. Virtual Ground è una proprietà dell'amplificatore, ma non è uno statuto che possa essere applicato concretamente. Ora, per un terminale non invertente, non è presente alcun nodo nel circuito, il che non va bene.

8. Perché la resistenza IP dell'opam invertente e non invertente è infinita?

Risposta: La resistenza di ingresso di non inversione op amp è infinito, ma in pratica se questo valore di impedenza viene aumentato, minore sarà la corrente effettivamente assorbita. La condizione è necessaria affinché l'amplificatore operazionale possa eseguire e amplificare il segnale settimanale in modo efficiente.

9. Perché non c'è tensione sul resistore di retroazione in un amplificatore non invertente?

Risposta: Per un Circuito non invertente con inseguitore di tensione, non vi è alcuna caduta di tensione attraverso il terminale invertente e, nel caso ideale, non dovrebbe esserci corrente attraverso il resistore.

10. Perché il valore dei resistori di retroazione deve essere maggiore del valore dei resistori di ingresso nel caso di un amplificatore operazionale non invertente?

Risposta: Il guadagno di un amplificatore non invertente è dato come [1 + (Rf/Ra)]. Possiamo osservare che aumentando la Rf (resistenza di feedback) aumenterà il guadagno complessivo del sistema. Questo è il motivo per cui il valore della resistenza di feedback viene mantenuto più eccellente rispetto ai valori della resistenza di ingresso.

11. Cosa succederebbe se volessi aggiungere un condensatore a feedback positivo in un amplificatore non invertente? E che dire del rumore e del margine di fase?

Risposta: Se aggiungi un condensatore di feedback positivo ad un amplificatore non invertente, il circuito funzionerà come un multivibratore. Il valore RC controllerà l'oscillazione. Il rumore e il margine di fase non sono così importanti.

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Sudipta Roy

Ciao, sono Sudipta Roy. Ho fatto B. Tech in Elettronica. Sono un appassionato di elettronica e attualmente mi dedico al campo dell'elettronica e delle comunicazioni. Nutro un vivo interesse nell'esplorazione delle tecnologie moderne come l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico. I miei scritti sono dedicati a fornire dati accurati e aggiornati a tutti gli studenti. Aiutare qualcuno ad acquisire conoscenze mi dà un immenso piacere.
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