Verdeelde feedback

Als we een spanningsdeler toevoegen aan de bedrading met negatieve feedback, zodat slechts een fractie van de uitgangsspanning wordt teruggevoerd naar de inverterende ingang in plaats van het volledige bedrag, zal de uitgangsspanning een veelvoud zijn van de ingangsspanning (houd er rekening mee dat de voedingsaansluitingen naar de op-amp nogmaals zijn weggelaten omwille van de eenvoud):

Als R₁ en R₂ zijn beide gelijk en V_in is 6 volt, zal de op-amp de spanning uitvoeren die nodig is om 6 volt over R1 te laten vallen (om de inverterende ingangsspanning ook gelijk te maken aan 6 volt, waarbij het spanningsverschil tussen de twee ingangen gelijk aan nul blijft). Met de 2:1 spanningsdeler van R1 en R2 is hiervoor 12 volt nodig aan de uitgang van de op-amp.

Een andere manier om deze schakeling te analyseren is om te beginnen met het berekenen van de grootte en richting van de stroom door R₁ , de spanning aan beide kanten kennen (en daarom, door aftrekking, de spanning over R₁ ), en R₁ s weerstand. Sinds de linkerkant van R₁ is verbonden met aarde (0 volt) en de rechterkant heeft een potentiaal van 6 volt (vanwege de negatieve feedback die dat punt gelijk houdt aan V_in ), kunnen we zien dat we 6 volt hebben over R₁ . Dit geeft ons 6 mA stroom door R₁ van rechts naar links. Omdat we weten dat beide ingangen van de op-amp een extreem hoge impedantie hebben, kunnen we er gerust van uitgaan dat ze geen stroom door de verdeler zullen optellen of aftrekken. Met andere woorden, we kunnen R₁ . behandelen en R₂ als in serie met elkaar:de stroom die door R₁ . gaat moet hetzelfde zijn met R₂ . De stroom kennen via R₂ en de weerstand van R₂ , kunnen we de spanning over R₂ . berekenen (6 volt), en de polariteit ervan. Optellen van spanningen van aarde (0 volt) naar de rechterkant van R₂ , komen we uit op 12 volt op de uitgang.

Bij het bekijken van de laatste illustratie, zou je je kunnen afvragen, "waar gaat die 6 mA stroom naartoe?" Aangezien de uitgangsspanning positief is, vloeit er stroom van de positieve kant van de gelijkstroomvoeding, via de uitgangspen van de opamp, door R₂ , via R₁ , naar de grond. Met behulp van het nuldetector/potentiometermodel van de op-amp ziet het huidige pad er als volgt uit:

De 6 volt-signaalbron hoeft geen stroom te leveren voor het circuit:het geeft alleen de op-amp opdracht om de spanning tussen de inverterende (-) en niet-inverterende (+) ingangspinnen te balanceren, en zo een uitgangsspanning te produceren die tweemaal de ingang vanwege het delende effect van de twee weerstanden van 1 kΩ.

We kunnen de spanningsversterking van dit circuit in het algemeen veranderen door de waarden van R₁ . aan te passen en R₂ (veranderen van de verhouding van de uitgangsspanning die wordt teruggekoppeld naar de inverterende ingang). Winst kan worden berekend met de volgende formule:

Merk op dat de spanningsversterking voor dit ontwerp van versterkerschakeling nooit minder dan 1 kan zijn. Als we R₂ zouden verlagen tot een waarde van nul ohm, zou ons circuit in wezen identiek zijn aan de spanningsvolger, met de uitgang direct verbonden met de inverterende ingang. Aangezien de spanningsvolger een versterking van 1 heeft, stelt dit de onderste versterkingslimiet van de niet-inverterende versterker in. De versterking kan echter ver boven 1 worden verhoogd door R₂ . te verhogen in verhouding tot R₁ .

Merk ook op dat de polariteit van de uitgang overeenkomt met die van de ingang, net als bij een spanningsvolger. Een positieve ingangsspanning resulteert in een positieve uitgangsspanning en vice versa (ten opzichte van aarde). Om deze reden wordt dit circuit een niet-inverterende versterker genoemd .

Relevantie van differentiële versterking van een op-amp voor de spanningen en stromen in het circuit

Net als bij de spanningsvolger, zien we dat de differentiële versterking van de op-amp niet relevant is, zolang deze maar erg hoog is. De spanningen en stromen in dit circuit zouden nauwelijks veranderen als de spanningsversterking van de op-amp 250.000 zou zijn in plaats van 200.000. Dit staat in schril contrast met de ontwerpen van versterkerschakelingen met een enkele transistor, waarbij de bèta van de individuele transistor de algehele versterking van de versterker sterk beïnvloedde. Met negatieve feedback hebben we een zelfcorrigerend systeem dat de spanning versterkt volgens de verhoudingen die zijn ingesteld door de feedbackweerstanden, niet de interne versterkingen van de op-amp.

Resulterende uitgangsspanning en versterking met ingangsspanning bij de inverterende ingang

Laten we eens kijken wat er gebeurt als we negatieve feedback behouden via een spanningsdeler, maar de ingangsspanning op een andere locatie toepassen:

Door de niet-inverterende ingang te aarden, probeert de negatieve feedback van de uitgang de spanning van de inverterende ingang vast te houden ook bij 0 volt. Om deze reden wordt de inverterende ingang in dit circuit een virtuele aarde genoemd , wordt door de feedback op aardpotentiaal (0 volt) gehouden, maar is niet rechtstreeks verbonden met (elektrisch gemeenschappelijk met) aarde. De ingangsspanning wordt deze keer toegepast op het linker uiteinde van de spanningsdeler (R₁ =R₂ =1 kΩ), dus de uitgangsspanning moet naar -6 volt schommelen om het midden op aardpotentiaal in evenwicht te brengen (0 volt). Met behulp van dezelfde technieken als bij de niet-inverterende versterker, kunnen we de werking van deze schakeling analyseren door stroomsterkten en richtingen te bepalen, te beginnen met R₁ en ga verder met het bepalen van de uitgangsspanning.

We kunnen de algehele spanningsversterking van dit circuit in het algemeen veranderen door de waarden van R₁ . aan te passen en R₂ (veranderen van de verhouding van de uitgangsspanning die wordt teruggekoppeld naar de inverterende ingang). Winst kan worden berekend met de volgende formule:

Merk op dat de spanningsversterking van dit circuit minder dan 1 kan zijn, uitsluitend afhankelijk van de verhouding van R₂ naar R₁ . Merk ook op dat de uitgangsspanning altijd de tegenovergestelde polariteit is van de ingangsspanning. Een positieve ingangsspanning resulteert in een negatieve uitgangsspanning en vice versa (ten opzichte van aarde). Om deze reden wordt dit circuit een inverterende versterker genoemd . Soms bevat de winstformule een negatief teken (vóór de R₂ /R₁ fractie) om deze omkering van polariteiten weer te geven.

Deze twee versterkercircuits die we zojuist hebben onderzocht, dienen om de grootte van het ingangsspanningssignaal te vermenigvuldigen of te delen. Dit is precies hoe de wiskundige bewerkingen van vermenigvuldigen en delen doorgaans worden afgehandeld in analoge computercircuits.

BEOORDELING:

• Door de inverterende (-) ingang van een op-amp rechtstreeks op de uitgang aan te sluiten, krijgen we negatieve feedback, wat ons een spanningsvolger geeft stroomkring. Door die negatieve feedback te verbinden via een resistieve spanningsdeler (terugkoppeling van een fractie van de uitgangsspanning naar de inverterende ingang), wordt de uitgangsspanning een veelvoud van de ingangsspanning.
• Een op-amp-circuit met negatieve feedback waarbij het ingangssignaal naar de niet-inverterende (+) ingang gaat, wordt een niet-inverterende versterker genoemd. . De uitgangsspanning heeft dezelfde polariteit als de ingang. Spanningsversterking wordt gegeven door de volgende vergelijking:AV =(R₂ /R₁ ) + 1
• Een op-amp-circuit met negatieve feedback waarbij het ingangssignaal naar de "onderkant" van de resistieve spanningsdeler gaat, met de niet-inverterende (+) ingang geaard, wordt een inverterende versterker genoemd . De uitgangsspanning is de tegenovergestelde polariteit van de ingang. Spanningsversterking wordt gegeven door de volgende vergelijking:A_V =-R₂ /R₁