Am văzut în ultimul tutorial cum câștigul în buclă deschisă (Avo) al unui A.O. poate fi foarte ridicat, până la 1.000.000 (120 dB) sau mai mult.

Totuși, acest câștig foarte mare nu este real util pentru noi, făcând amplificatorul atât instabil cât și greu de controlat, deoarece cel mai mic semnal de intrare, doar câteva microvolți (μV) ar fi suficient pentru a provoca tensiunea de ieșire să fie saturată și să oscileze spre una sau cealaltă dintre șinele de alimentare cu tensiune, pierzând controlul complet al ieșirii.

Deoarece câștigul DC în buclă deschisă al unui A.O. este extrem de ridicat, ne putem permite să pierdem o parte din acest câștig prin conectarea unui rezistor adecvat peste amplificator de la terminalul de ieșire înapoi la terminalul de intrare inversor pentru a reduce și a controla câștigul global al A.O. Aceasta produce un efect cunoscut în mod obișnuit ca feedback (reacție) negativ și, astfel, produce un sistem bazat pe un A.O. foarte stabil.

Feedback negativ este procesul de "redirecționare" a unei fracții din semnalul de ieșire înapoi la intrare, dar pentru a face feedback negativ, trebuie să-l readucem la terminalul negativ sau "intrare inversoare" al A.O. folosind un rezistor de feedback extern numit Rƒ. Această conexiune de feedback între ieșire și intrarea inversoare forțează tensiunea de intrare diferențială spre zero.

Acest efect produce un circuit în buclă închisă la amplificator, rezultând câștigul amplificatorului denumit acum câștigul său în buclă închisă. Deci, un amplificator inversor în buclă închisă utilizează feedback negativ pentru a controla cu exactitate câștigul total al amplificatorului, dar cu reducerea câștigului amplificatorului.

Această reacție negativă are ca rezultat un terminal de intrare inversor care are un semnal diferit față de tensiunea de intrare reală, deoarece va fi suma tensiunii de intrare plus tensiunea de reacție negativă care îi conferă eticheta sau termenul de punct Sumator. Prin urmare, trebuie să separăm semnalul real de intrare de la intrarea inversoare utilizând un rezistor de intrare Rin .

Deoarece nu folosim intrarea pozitivă neinversoare, aceasta este conectată la un terminal comun de masă sau tensiune zero, după cum se arată mai jos, dar efectul acestui circuit de feedback cu buclă închisă are ca rezultat potențialul de tensiune la intrarea inversoare să fie egal cu cel de la intrarea neinversoare producând un punct de însumare Virtual Earth (masă virtuală), deoarece acesta va avea același potențial ca intrarea de referință la masă. Cu alte cuvinte, A.O. devine un "amplificator diferențial".

Configurația amplificatorului operațional inversor

In acest circuit de amplificator inversor, A.O. este conectat cu feedback pentru a produce o operație în buclă închisă. Când se ocupă cu A.O., există două reguli foarte importante de reținut la amplificatorul inversor, acestea fiind: "Nu circulă curent în terminalul de intrare" și "V1 este întotdeauna egal cu V2". Cu toate acestea, în circuitele A.O. reale, ambele aceste reguli sunt ușor rupte.

Acest lucru se datorează faptului că joncțiunea semnalului de intrare și de reacție (X) are același potențial ca intrarea pozitivă (+) care este la zero volți sau la masă, atunci joncțiunea este un "Pământ virtual". Din cauza acestui nod de pământ virtual, rezistența de intrare a amplificatorului este egală cu valoarea rezistorului de intrare Rin și câștigul în buclă închisă a amplificatorului inversor poate fi reglat de raportul celor două rezistoare externe.

Am spus mai sus că există două reguli foarte importante care trebuie amintite despre Amplificatoarele inversoare sau despre orice A.O. pentru acea problemă și acestea sunt:

• Nu există fluxuri de curent în terminalele de intrare

• Tensiunea de intrare diferențială este zero deoarece V1 = V2 = 0 (pământ virtual)

Atunci, folosind aceste două reguli, putem deduce ecuația pentru calcularea câștigului în buclă închisă a unui amplificator inversor, folosind principiile de bază.

Curentul (i) curge prin rețeaua rezistoarelor așa cum este arătat.

Atunci, câștigul de tensiune în buclă închisă al unui amplificator inversor este dat de:

și acest lucru poate fi transpus pentru a da Vout ca:

Semnul negativ din ecuație indică o inversare a semnalului de ieșire față de intrare, deoarece este defazat cu 180^o. Acest lucru se datorează faptului că feedback-ul este negativ în valoare.

Ecuația pentru tensiunea de ieșire Vout arată, de asemenea, că circuitul este liniar pentru un câștig fix al amplificatorului deoarece Vout = Vin x Gain. Această proprietate poate fi foarte utilă pentru conversia unui semnal mai mic al senzorului la o tensiune mult mai mare.

O altă aplicație utilă a unui amplificator inversor este cea a unui circuit "amplificator transrezistență". Un amplificator de transrezistență, cunoscut și ca un "amplificator transimpedanță", este în esență un convertor curent-tensiune (Curent "in" și tensiune "out"). Acestea pot fi utilizate în aplicații de mică putere pentru a converti un curent foarte mic, generat de un dispozitiv fotodiodă sau fotodetecție, într-o tensiune de ieșire utilizabilă, care este proporțională cu curentul de intrare, așa cum este arătat.

Circuit amplificator de transrezistență

Circuitul simplu de mai sus, activat de lumină, convertește un curent generat de fotodiodă într-o tensiune. Rezistorul de reacție Rƒ stabilește punctul de tensiune de funcționare la intrarea inversoare și controlează cantitatea de ieșire. Tensiunea de ieșire este dată de Vout = Is x Rƒ. Prin urmare, tensiunea de ieșire este proporțională cu cantitatea de curent de intrare generat de fotodiodă.

A.O. inversor. Exemplul nr. 1

Găsiți câștigul în buclă închisă a următorului circuit de amplificare inversor.

Folosind formula găsită anterior pentru câștigul circuitului

putem înlocui acum valorile rezistoarelor în circuit după cum urmează,

Rin = 10 kΩ și Rƒ = 100 kΩ

iar câștigul circuitului este calculat astfel: -Rƒ/Rin = -100 k/10 k = -10

Prin urmare, câștigul în buclă închisă a circuitului amplificator inversor de mai sus este dat de -10 sau 20 dB (20log (10)).

A.O. inversor. Exemplul nr. 2

Câștigul circuitului original trebuie să fie mărit la 40 (32 dB), găsiți noile valori ale rezistoarelor necesare.

Presupunând că rezistorul de intrare trebuie să rămână la aceeași valoare de 10 KΩ, atunci prin rearanjarea formulei de câștig a tensiunii în buclă închisă putem găsi noua valoare necesară pentru rezistorul de reacție Rƒ.

Gain = Rƒ/Rin

prin urmare, Rƒ = Gain x Rin

R = 40 x 10.000

Rƒ = 400.000 sau 400 KΩ

Noile valori ale rezistoarelor necesare circuitului pentru a avea un câștig de 40 ar fi:

Rin = 10 KΩ și Rƒ = 400 KΩ

Formula ar putea fi, de asemenea, rearanjată pentru a da o nouă valoare lui Rin, menținând aceeași valoare a lui Rƒ.

Un ultim punct de reținut despre configurația amplificatorului inversor pentru un A.O., dacă cele două rezistoare au valoare egală Rin = Rƒ atunci câștigul amplificatorului va fi -1 producând o formă complementară a tensiunii de intrare la ieșirea lui ca Vout = -Vin. Acest tip de configurație a amplificatorului inversor este numit în general Unity Gain Inverter sau pur și simplu un Inverting Buffer (buffer inversor sau inversor cu câștig unitate).

În următorul tutorial despre A.O. vom analiza complementul A.O. inversor, denumit amplificator neinversor, care produce un semnal de ieșire care este "în fază" cu intrarea.