Une description complète de l'amplificateur non inverseur | 5+ faits importants

Amplificateur non inverseur

Image de couverture par: Petar MiloševićEscalier en colimaçon (спирално степениште)CC BY-SA 4.0

Points de discussion

Introduction à l'amplificateur non inverseur

L'amplificateur non inverseur est un autre mode de fonctionnement d'un amplificateur standard. Comme nous le savons, les amplificateurs typiques ont deux bornes - inverseuse et non inverseuse. Lorsque les entrées sont fournies via des bornes non inverseuses, ce mode de fonctionnement est appelé amplificateur non inverseur.

Théorie de l'amplificateur non inverseur

Le principe de fonctionnement ou la théorie derrière l'amplificateur non inverseur est le même qu'un amplificateur inverseur et pour un amplificateur non inverseur, l'entrée est fournie dans la borne non inverseuse. L'amplificateur amplifie la sortie avec un gain particulier et le donne en production. Le gain dépend des valeurs de résistance et le système de rétroaction est connecté à l'amplificateur inverseur pour générer une rétroaction négative dans le système. Comme le système a une rétroaction négative, cet amplificateur a plus de stabilité mais un gain plus faible qu'un amplificateur inverseur avec les mêmes valeurs de résistance.

Schéma du circuit de l'amplificateur non inverseur

L'image ci-dessous représente le schéma de circuit d'un amplificateur non inverseur. Dans l'image ci-dessous, Vin est la tension d'entrée de l'amplificateur, R1 est la résistance primaire, Rf est la résistance de rétroaction et «I» est le courant traversant la résistance de rétroaction. Étudiez soigneusement l'image car cette image sera appelée image d'amplificateur non inverseur tout au long de l'article.

amplificateur non inverseur
Crédit image: Charge inductiveAmplificateur non inverseur op-amp, marqué comme domaine public, plus de détails sur Wikimedia Commons

Conception d'amplificateur non inverseur

La conception d'un amplificateur non inverseur est une tâche assez simple et directe. Initialement, l'ampli-op est réglé avec son positif et son -ve. la tension de référence et les contacts de masse sont établis selon les besoins Maintenant, comme il s'agit d'un amplificateur non inverseur, la tension d'entrée est fournie à la borne non inverseuse et inverseuse est connectée à la terre via une résistance et une résistance de rétroaction standard est associée à l'amplificateur inverseur pour fournir -ve. rétroaction dans le circuit d'amplificateur non inverseur.

Comment fonctionne un amplificateur non inverseur?

L'amplificateur non inverseur amplifie le signal d'entrée fourni au niveau de l'amplificateur non inverseur et les résistances dans la conception de l'amplificateur agissent comme le facteur de gain dans une équation mathématique particulière. En raison de la mise à la terre virtuelle, la tension du point B apparaît également à l'extrémité «A». C'est ainsi que le nœud A a la même tension que la tension d'entrée. Là encore, le même courant circulera à travers la borne inverseuse que celui du chemin de rétroaction.

Dérivation d'amplificateur non inverseur

Dérivons les équations d'amplificateur non inverseur et d'autres formules essentielles. Au début, supposons que le court-circuit virtuel fonctionne pour l'amplificateur.

Ensuite, la tension au nœud B sera égale à la tension au nœud A.

Maintenant, VB = Vin.

Le Vin apparaîtra donc également au nœud A. Par conséquent, nous pouvons dire,

AV = Vin.

Supposons que la tension de sortie soit Vo. La résistance de rétroaction est dite Rf. Le courant à travers le chemin de rétroaction est «I». Le «je» peut être écrit comme ci-dessous.

I = (Vo - VA) / Rf

Ou, I = (Vo / Rf) - (VA / Rf) —- (1)

Le même courant traverse la borne inverseuse. Donc, l'équation pour ce terminal,

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

En faisant l'équation (1) et l'équation (2), nous pouvons écrire -

(Vo / Rf) - (Vin / Rf) = Vin / R1

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

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

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

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

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

Il s'agit de la sortie finale de l'amplificateur non inverseur.

Équation d'amplificateur non inverseur

L'équation de sortie finale du circuit est connue sous le nom d'équation d'amplificateur non inverseur. L'équation donne la relation entre la tension d'entrée et de sortie. Le facteur de gain peut également être observé dans l'équation.

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

C'est l'équation de l'amplificateur non inverseur. Le Rf est la résistance de rétroaction, R1 est la résistance connectée à la borne d'inversion. Les valeurs de ces résistances affectent la tension d'entrée. Comme nous pouvons le voir, si la valeur de (Rf / R1) est supérieure à 1, alors nous avons gagné dans le système. Le facteur (Rf / R1) doit donc augmenter autant que possible. Mais cela peut être fait dans une certaine mesure.

Amplificateur non inverseur Vout

Le vout ou la tension de sortie de l'amplificateur non inverseur nous indique pourquoi cet ensemble de fonctionnement dans l'amplificateur est appelé amplificateur non inverseur. L'équation de sortie de l'amplificateur non inverseur est donnée par V0 = Vin [1 + (Rf / R1)].

À partir de l'équation ci-dessus, nous pouvons observer que la tension de sortie et la tension d'entrée sont dans la même phase de fonctionnement. Contrairement à une borne inverseuse, la sortie de l'amplificateur n'est pas inversée en phase négative. C'est pourquoi l'ensemble d'opérations est appelé un amplificateur non inverseur.

Impédance d'entrée d'amplificateur non inverseuse

Un ampli opérationnel idéal a la propriété d'une impédance d'entrée élevée et c'est pourquoi chaque amplificateur est conçu pour avoir de plus grandes impédances d'entrée. Les amplificateurs non inverseurs ne font pas exception. Ils montrent des impédances d'entrée plus élevées en fonctionnement.

Gain de l'amplificateur non inverseur

La sortie d'un amplificateur est l'entrée multipliée par le gain. Le gain des amplificateurs dépend des valeurs de résistance et du type de rétroaction de l'amplificateur. Pour le système de rétroaction négative, le gain a diminué et la stabilité du système augmente, et pour le rétroaction positive, le gain est plus élevé, mais la force du système diminue.

Pour l'équation: Vout = k * Vin, k est le gain de l'amplificateur.

(Point à noter: le gain est un rapport entre la tension de sortie et la tension d'entrée fournie. C'est pourquoi il n'a pas d'unités.)

Gain d'amplificateur non inverseur

Nous avons discuté précédemment de ce qu'est le gain pour un amplificateur non inverseur. Découvrons l'expression exacte du gain d'un amplificateur non inverseur.

L'expression générale de la tension de sortie de l'amplificateur est Vout = k * Vin.

L'équation O / Pn de l'amplificateur non inverseur formulé comme  

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

Ainsi, k peut être calculé comme par la comparaison des deux équations ci-dessus.

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

Cette expression de la résistance est connue sous le nom de gain de l'amplificateur non inverseur et à partir de là, on peut observer que si Rf = R1, Vo = 2 * Vin. Ainsi, la tension d'entrée est amplifiée par un facteur de 2. Le rapport (Rf / R1) contrôle généralement le gain. L'augmentation de Rf augmente la valeur du gain.

Gain négatif d'ampli op non inverseur

Une analyse détaillée du gain de l'ampli op non inverseur est effectuée précédemment. Le gain négatif d'ampli op non inverseur est appelé gain exact de l'amplificateur. On lui donne une nomenclature différente car l'ampli-op est fourni avec une rétroaction négative. Bien que le terme soit trompeur, de nombreux lecteurs pensent qu'il indique qu'un amplificateur non inverseur fournit les amplitudes négatives du gain.

Fonction de transfert d'amplificateur non inverseur

La fonction de transfert d'un système fait référence au processus qui décrit ou fournit une sortie pour chaque entrée. Comme l'amplificateur prend deux entrées et les amplifie, la fonction de transfert reflétera la même chose. La fonction de transfert peut être écrite comme suit:

Vo = k * Vi

Ici, Vo et Vi sont les deux entrées, et k est le gain.

Platine d'expérimentation d'amplificateur non inverseur

Pour observer et examiner la fonctionnalité d'un amplificateur non inverseur en réel, nous devons réaliser un circuit à l'aide d'un PCB ou d'une maquette. L'expérience nécessite du matériel. Ils sont listés ci-dessous.

  1. Résistances de 1 kilo-ohm et dix kilo-ohms.
  2. IC741
  3. Connexion des fils
  4. CRO
  5. Breadboard
  6. Alimentation en tension continue

La connexion de la maquette est donnée ci-dessous. Connectez l'équipement correctement et observez la forme d'onde de sortie dans le CRO.

Bande passante de l'amplificateur non inverseur

Avant de connaître la bande passante d'un amplificateur non inverseur, indiquez-nous la bande passante d'un amplificateur. La bande passante est mentionnée comme la plage de fréquences sur laquelle l'amplificateur de l'amplificateur dépasse 70.7%.

La bande passante d'un amplificateur non inverseur est déterminée en considérant le produit gain-bande passante puis en le divisant par le gain non inverseur.

Déphasage d'amplificateur non inverseur

Typiquement, le déphasage est appelé le changement de l'amplitude du signal d'entrée. Il y a une boîte noire, et nous fournissons un signal d'entrée de +5 V. Maintenant, si nous recevons -10 V en sortie, alors il y a un déphasage à l'intérieur de la boîte noire. La même chose se produit pour les amplificateurs. Comme nous fournissons une entrée à l'amplificateur non inverseur, il n'y a pas de changement de phase d'une tension d'une tension de sortie. Donc, on peut dire qu'il y a un 0o changement dans la sortie. Pour une borne inverseuse, le déphasage est de -180o.

Gain d'amplificateur de sommation non inverseur

L'amplificateur de sommation fournit la sommation amplifiée des tensions d'entrée en tant que sortie. Dans le circuit ci-dessous, nous avons donné deux tensions d'entrée comme V1 et V2 dans la borne non inverseuse de l'amplificateur, car nous voulons créer un amplificateur sommateur non inverseur.

amplificateur non inverseur
Image par: Charge inductiveAmplificateur sommateur ampli-op, marqué comme domaine public, plus de détails sur Wikimedia Commons

En appliquant la théorie de la superposition pour déterminer la tension aux nœuds, nous assimilons les valeurs de courant de la branche de rétroaction et de la branche terminale inverseuse.

L'équation de sortie se présente comme suit: Vout = [1 + (Rf / Ra)] * [(V1 + V2) / 2]

Ainsi, le gain de l'amplificateur de sommation non inverseur est [1 + (Rf / Ra)] et ceci est similaire aux amplificateurs non inverseurs typiques.

Application de l'amplificateur non inverseur | Utilisations d'amplificateur non inverseur.

  • L'une des applications importantes de l'amplificateur non inverseur est d'offrir une impédance d'entrée élevée et cet ampli opérationnel non inverseur est très efficace pour cela.
  • Les amplificateurs opérationnels non inverseurs sont utilisés pour différencier les petits circuits à l'intérieur d'un parcours en cascade et complexe.
  • Ils sont également utilisés dans la prise en compte des gains variables.

À quoi servent les amplificateurs non inverseurs?

Les amplificateurs non inverseurs sont utilisés pour leurs valeurs d'impédance élevées et leurs meilleures stabilités en raison de la rétroaction et du gain négatifs. La propriété d'amplificateur non inverseur qui donne un gain ou une résistance à la sortie l'a rendu célèbre pour la différenciation des circuits pour les systèmes en cascade.

Bruit d'amplificateur inverseur ou non inverseur

Les amplificateurs inverseurs fournissent plus de gain de bruit que les amplificateurs non inverseurs. Cela se produit parce que la source de courant et de tension trouve une valeur de gain différente de la sortie. Le gain de bruit est un paramètre très crucial pour mesurer les performances de l'amplificateur.

Amplificateur tampon non inverseur

L'amplificateur tampon non inverseur ou l'amplificateur tampon, ou l'amplificateur opérationnel tampon, est un type particulier d'amplificateur opérationnel qui prend la seule entrée via l'amplificateur non inverseur et fournit un gain unitaire. La borne inverseuse est court-circuitée, la sortie créant une rétroaction négative. Ces amplificateurs offrent une impédance d'entrée élevée, une impédance de sortie plus faible et un revenu de courant élevé.

Les tampons sont utilisés pour un disjoncteur ou pour éviter la charge de l'entrée.

amplificateur non inverseur
Image par: Charge inductiveTampon Unity-Gain de l'amplificateur opérationnel, marqué comme domaine public, plus de détails sur Wikimedia Commons

Amplificateur non inverseur avec condensateur

Un condensateur peut être ajouté avec un amplificateur non inverseur pour mettre en œuvre diverses fonctions de transfert. Un condensateur peut faire de l'amplificateur non inverseur un intégrateur ou un différenciateur.

En utilisant les condensateurs, les amplificateurs non inverseurs peuvent également être transformés en circuits couplés en courant alternatif, ou en un «rail à moitié alimenté».

Amplificateur non inverseur avec tension de référence

Les amplificateurs non inverseurs sont configurés avec des tensions de référence. Les tensions de référence sont essentielles pour les amplificateurs opérationnels car elles constituent la limite de délimitation des sorties. Un amplificateur ne peut pas aller au-delà de la tension de référence positive ou descendre en dessous de la tension de référence négative.

Foire aux questions

1. À quoi sert un amplificateur non inverseur?

Répondre: Les amplificateurs non inverseurs sont utilisés pour leurs valeurs d'impédance élevées et leurs meilleures stabilités en raison de la rétroaction et du gain négatifs. La propriété d'amplificateur non inverseur qui donne un gain ou une résistance à la sortie l'a rendu célèbre pour la différenciation des circuits pour les systèmes en cascade.

2. Quel est le meilleur amplificateur inverseur ou non inverseur?

Répondre: Les amplificateurs inverseurs sont plus préférés que les amplificateurs non inverseurs. La vitesse de balayage et le rapport de réjection de mode standard (CMRR) sont plus élevés pour un amplificateur inverseur qu'un amplificateur non inverseur.

3. Dessinez une forme d'onde d'amplificateur non inverseuse.

Répondre: L'image ci-dessous représente la forme d'onde de l'amplificateur non inverseur. On peut observer que la sortie est amplifiée et est dans la même phase que l'entrée.

amplificateur non inverseur
Waveform

4. Pour quelle application un amplificateur inverseur est-il utilisé et pour quelle application un amplificateur non inverseur est-il utilisé?

Répondre: Les applications où l'utilisateur a besoin d'un gain plus élevé, d'une meilleure vitesse de balayage, d'un meilleur CMRR choisiront l'amplificateur inverseur. Et si un utilisateur a besoin d'une plus grande stabilité dynamique du système, il devrait convenir à l'amplificateur non inverseur.

5. Quels sont les avantages d'un amplificateur inverseur par rapport à un amplificateur non inverseur?

Répondre: Un amplificateur inverseur fournit plus de gain, une meilleure vitesse de balayage, un CMRR plus élevé qu'un amplificateur non inverseur.

6. Quelles sont les conditions typiques d'un amplificateur non inverseur pour fonctionner dans la région linéaire?

Répondre: Considérons, Rs est une résistance d'entrée typique, Rf est la résistance de rétroaction, Vcc est la tension de saturation et Vg est une tension de référence. La condition pour travailler dans la région linéaire d'un ampli opérationnel idéal sera:

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

7. Pourquoi une terre virtuelle n'est-elle pas appliquée à un amplificateur non inverseur?

Répondre: Bien que les apprenants posent fréquemment la question, il y a un défaut technique dans le problème lui-même. Virtual Ground est une propriété de l'amplificateur, mais ce n'est pas un statut qui peut être appliqué réellement. Or, pour un terminal non inverseur, il n'y a pas de nœud présent dans le circuit, ce qui n'est pas bon.

8. Pourquoi la résistance IP des opam inverseurs et non inverseurs est-elle infinie?

Répondre: La résistance d'entrée de l'ampli op non inverseur est infinie, mais pratiquement si cette valeur d'impédance augmente, moins le courant qu'il consommera sera réduit. La condition est nécessaire pour que l'ampli-op exécute et amplifie le signal de la semaine de manière efficace.

9. Pourquoi n'y a-t-il pas de tension sur la résistance de retour dans un amplificateur non inverseur?

Répondre: Pour un circuit non inverseur à suiveur de tension, il n'y a pas de chute de tension aux bornes de la borne inverseuse et dans le cas idéal, il ne devrait pas y avoir de courant à travers la résistance.

10. Pourquoi la valeur des résistances de rétroaction doit-elle être supérieure à la valeur des résistances d'entrée dans le cas d'un amplificateur non inverseur à ampli OP?

Répondre: Le gain d'un amplificateur non inverseur est donné par [1 + (Rf / Ra)]. Nous pouvons observer que l'augmentation du Rf (résistance de rétroaction) augmentera le gain global du système. C'est pourquoi la valeur de la résistance de rétroaction est maintenue plus excellente que les valeurs de résistance d'entrée.

11. Que se passera-t-il si je souhaite ajouter un condensateur de rétroaction positive dans un amplificateur non inverseur? Qu'en est-il du bruit et de la marge de phase?

Répondre: Si vous ajoutez un condensateur de rétroaction positive à un amplificateur non inverseur, le circuit fonctionnera comme un multi-vibrateur. La valeur RC contrôlera l'oscillation. Le bruit et la marge de phase ne sont pas très importants.

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À propos de Sudipta Roy

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