Hoe Spanningsdelers Versterking Bepalen in Niet‑Inverterende en Inverterende Op‑Amp Versterkers

Het toevoegen van een spanningsdeler aan het negatieve‑feedbackpad van een op‑amp zorgt ervoor dat slechts een fractie van de uitgang teruggekoppeld wordt naar de inverterende invoer. Het resultaat is een uitgang die een voorspelbaar veelvoud is van de invoer. De voedingsaansluitingen worden hier weggelaten voor de eenvoud.

Met R₁ = R₂ = 1 kΩ en een 6‑V invoer, moet de op‑amp 12 V aan de uitgang produceren om de inverterende invoer op 6 V te houden. De deler dwingt de uitgang twee keer de invoer te zijn.

We kunnen het circuit ook bekijken door de stroom door R₁ te berekenen. De linkerkant van R₁ ligt op massa, de rechterkant op 6 V, dus 6 V valt over R₁ en 6 mA stroomt van rechts naar links. Omdat de op‑amp‑ingangen verwaarloosbare stroom trekken, vloeit dezelfde stroom door R₂, wat nog eens 6 V over R₂ genereert. Het optellen van de twee spanningen geeft de 12 V uitgang.

Waarheen gaat de 6 mA? Het vloeit van de positieve voeding, door de op‑amp‑uitgangspin, door R₂, door R₁, en naar massa. De 6‑V bron dwingt de op‑amp slechts de twee ingangen te balanceren; het levert geen stroom aan de deler.

Het wijzigen van de weerstandswaarden verandert de algehele versterking. De algemene versterkingsformule is

De versterking kan nooit onder 1 vallen. Als R₂ nul ohm was, wordt het circuit een spanningsvolger met eenheidsversterking. Het verhogen van R₂ ten opzichte van R₁ verhoogt de versterking willekeurig.

Omdat de uitgangspolariteit overeenkomt met de invoer, heet deze configuratie niet‑inverterende versterker.

Rol van de differentiële versterking van de op‑amp

Eenmaal negatieve feedback aanwezig is, heeft de interne differentiële versterking van de op‑amp (bijv. 200.000 of 250.000) verwaarloosbare invloed op het algehele circuitgedrag. De externe weerstandsverhouding dicteert de gesloten‑lusversterking, in tegenstelling tot transistor‑gebaseerde versterkers waar β de prestaties sterk beïnvloedt.

Inverterende versterker met gegronde niet‑inverterende invoer

Nu bekijken we de invoer toegepast aan de onderkant van de deler terwijl de niet‑inverterende invoer gegrond is:

De negatieve feedback dwingt de inverterende invoer tot een virtuele massa (0 V). Met R₁ = R₂ = 1 kΩ en een 6‑V invoer aan de linkerkant, moet de uitgang naar –6 V uitswaaien om het middenknooppunt op 0 V te houden.

De versterking voor deze configuratie wordt gegeven door

Hier kan de versterking kleiner dan 1 zijn, en de uitgangspolariteit is tegengesteld aan de invoer, vandaar de naam inverterende versterker.

Kernpunten

• Het direct verbinden van de inverterende invoer van de op‑amp met de uitgang creëert een spanningsvolger met eenheidsversterking.
• Het gebruik van een spanningsdeler voor negatieve feedback maakt het circuit een niet‑inverterende versterker; versterking = 1 + R₂/R₁ en uitgangspolariteit matcht de invoer.
• Het aanbrengen van de invoer aan de onderkant van de deler (niet‑inverterende invoer gegrond) levert een inverterende versterker op; versterking = –R₂/R₁ en uitgangspolariteit is geïnverteerd.
• In alle gevallen stelt de externe weerstandsverhouding de gesloten‑lusversterking in, waardoor de interne differentiële versterking van de op‑amp irrelevant wordt.