Amplificadores operacionales no inversores | Circuitos, Ganancias, Ejemplos

En electrónica, un amplificador es un circuito que acepta una señal de entrada y produce una versión más grande y sin distorsiones de la señal como salida. En este tutorial, aprenderá sobre la importante configuración de un amplificador operacional, llamado amplificador no inversor. En un amplificador operacional no inversor, la entrada se alimenta al terminal no inversor y la salida está en fase con la entrada.

Introducción

Un amplificador operacional, o más comúnmente conocido como amplificador operacional, es básicamente un amplificador diferencial multietapa de alta ganancia que se puede utilizar de varias maneras. Los dos circuitos clave de un amplificador operacional típico son:

• Amplificador inversor
• Amplificador no inversor

Un Amplificador no inversor es una configuración de circuito de amplificador operacional que produce una señal de salida amplificada, y esta señal de salida de un amplificador operacional no inversor está en fase con la señal de entrada aplicada.

En otras palabras, un amplificador no inversor se comporta como un circuito seguidor de voltaje. Los amplificadores no inversores también utilizan una conexión de retroalimentación negativa, pero en lugar de suministrar toda la señal de salida a la entrada, solo una parte del voltaje de la señal de salida se retroalimenta al terminal de entrada inversor del amplificador operacional como entrada.

Las bajas impedancias de entrada y salida de los amplificadores no inversores hacen que este circuito sea ideal para aplicaciones de búfer de impedancia.

Circuito amplificador no inversor ideal

El esquema de un amplificador no inversor ideal se muestra en la siguiente figura.

Desde el circuito, R₂ (Conde_f ) y R en la foto de arriba₁ (Conde₁ ) actúa como un divisor de voltaje entre el voltaje de salida y el voltaje a través de la resistencia R.₁ se aplica a la entrada invertida.

Cuando la entrada no inversora está conectada a tierra, es decir, V_Y Si = 0, el voltaje en el terminal de entrada inversor también debe estar a nivel del suelo. De lo contrario, la diferencia de voltaje entre los terminales de entrada se amplifica y el terminal de entrada inversor regresa al nivel del suelo (la entrada del amplificador operacional siempre está al mismo voltaje).

Dado que el terminal de entrada inversor está a nivel del suelo, la unión de la resistencia R es₁ y R₂ También debe estar a nivel del suelo. Esto se debe a que la caída de voltaje a través de R es₁ será 0. Como resultado, la corriente que fluye a través de R es₁ y R₂ Debe ser 0. Por lo tanto, la caída de voltaje a través de R es cero₂Por lo tanto, el voltaje de salida es igual al voltaje de entrada (0V).

Cuando se aplica una señal de entrada positiva al terminal de entrada no inversor, el voltaje de salida se desplaza de modo que el terminal de entrada inversor sea igual al voltaje de entrada aplicado. Por lo tanto, se genera un voltaje de retroalimentación a través de la resistencia R₁,

Realidad virtual₁ =V_Y =V_fuera R₁ / (R₁ + Tecla R₂)

Ganancia de voltaje del amplificador operacional no inversor.

A partir de la fórmula anterior, V_Y Con respecto a V_fueraGanancia de tensión en bucle cerrado del amplificador no inversor A._CL Se puede calcular de la siguiente manera:

Ser_CL =V_fuera A/V_Y

= (R₁ + Tecla R₂/R₁

Ser_CL = 1 + (R₂ /R (R)₁)

o A_CL = 1 + (R_f /R (R)₁)

La ecuación de ganancia anterior es positiva y la salida está en fase con la señal de entrada aplicada. La ganancia de voltaje de bucle cerrado de un amplificador no inversor está determinada por la relación de resistencias R₁ y R₂ Se utiliza en circuitos.

En la práctica, un amplificador no inversor tiene una resistencia en serie con la fuente de voltaje de entrada, manteniendo la misma corriente de entrada en ambos terminales de entrada.

Cortos virtuales

En un amplificador no inversor, hay un cortocircuito hipotético entre los dos terminales de entrada. Un cortocircuito virtual es un cortocircuito en el caso de voltaje, pero un circuito abierto en el caso de corriente eléctrica. El corto virtual utiliza dos características de un amplificador operacional ideal.

• R y posteriores_Y Si es infinito, la corriente de entrada en ambos terminales es cero.
• Ganancia de bucle abierto A_OL Si es infinito, entonces el voltaje diferencial (V₁ – V₂) es siempre 0.

Un cortocircuito virtual es una aproximación ideal, pero se pueden obtener valores precisos si se usa ampliamente con retroalimentación negativa. Siempre que el amplificador operacional esté operando en una región lineal (no saturada, positiva o negativa), la ganancia de voltaje de bucle abierto se acerque al infinito y exista un cortocircuito hipotético entre los dos terminales de entrada.

Debido al cortocircuito virtual, la tensión de entrada inversora sigue a la tensión de entrada no inversora. Cuando el voltaje de entrada no inversor aumenta o disminuye, el voltaje de entrada inversor aumenta o disminuye inmediatamente al mismo valor. Esta acción a menudo se conoce como “bootstrapping”.

Impedancia de entrada de un amplificador no inversor

La impedancia de entrada del circuito del amplificador operacional viene dada por:

Z_Y = (1 + A_OL β)Z_Yo

Aquí_OL es la ganancia de bucle abierto del amplificador operacional.

Zi es la impedancia de entrada del amplificador operacional sin retroalimentación.

β es el factor de retroalimentación

Para un amplificador no inversor, el factor de retroalimentación viene dado por:

β = R₂ / (R₁ + Tecla R₂)

β = 1 / A_CL

Por lo tanto, para un circuito amplificador no inversor, la impedancia de entrada viene dada por:

Z_Y = {1 + (A_OL /Ser_CL)} Zi

Impedancia de salida de un amplificador no inversor

La impedancia de salida de un amplificador operacional viene dada por:

Z_fuera = Z₀ / (1+ A_OL β)

Dado que β = 1/A_CL Para un amplificador no inversor, la impedancia viene dada por:

Z_fuera = Z₀ / {1 + (A_OL /Ser_CL)}

Circuito seguidor de tensión

Los seguidores de voltaje son una de las aplicaciones más simples de un amplificador operacional donde el voltaje de salida es exactamente el mismo que el voltaje de entrada aplicado al circuito. En otras palabras, la ganancia del circuito seguidor de voltaje es la unidad.

La salida del amplificador operacional se conecta directamente al terminal de entrada inversor y el voltaje de entrada se aplica al terminal de entrada no inversor. Los seguidores de voltaje, como los amplificadores no inversores, tienen una impedancia de entrada y una impedancia de salida muy altas- El baile es muy bajo. El diagrama de circuito del seguidor de voltaje se muestra en la siguiente figura.

Se puede ver que la configuración anterior es la misma que la del circuito de amplificación no inversor, excepto que no se utiliza resistencia. La ganancia del amplificador no inversor viene dada por:

Ser_CL = 1 + (R₂ /R (R)₁)

En un seguidor de voltaje, la resistencia R es₂ es igual a 0 y R₁ es infinito. Por lo tanto, la ganancia del seguidor de voltaje es igual a 1. Por lo tanto, el seguidor de voltaje también se conoce comúnmente como búfer de ganancia unitaria.

Los seguidores de voltaje o los circuitos de búfer de ganancia unitaria se usan comúnmente para aislar diferentes circuitos, es decir, para aislar una etapa de un circuito de otra, y también se usan en aplicaciones de adaptación de impedancia.

En la práctica, el voltaje de salida del seguidor de voltaje no es exactamente igual al voltaje de entrada aplicado, y hay una ligera diferencia. Esta diferencia se debe a la mayor ganancia de voltaje interno del amplificador operacional.

Nota: La ganancia de voltaje de bucle abierto del amplificador operacional es infInite, y la ganancia de voltaje de bucle cerrado del seguidor de voltaje es Unity. Esto significa que al seleccionar cuidadosamente los componentes de retroalimentación, se puede controlar con precisión la ganancia del amplificador no inversor.

Ejemplo de un amplificador no inversor

Para el amplificador no inversor que se muestra en la siguiente figura, calcule la siguiente ecuación:

i) Ganancia A del amplificador._CL

ii) Tensión de salida V_O

iii) la corriente que fluye a través de la resistencia de carga, I_L.

iv) Corriente de salida I_O.

Nota: El nodo A se encuentra en el terminal no inversor del amplificador operacional y el nodo B se encuentra en el terminal inversor (que también es el punto divisor de voltaje). Estos nodos no se muestran en la imagen de arriba.

Respuesta) El potencial del nodo B es V_Y Y gracias a los cortos virtuales,

V_Ser =V_B =V_Y = 0,8 V

El I1 actual se da de la siguiente manera:

Yo₁ =V_Ser /R (R)₁ = 0,8 V / 10 KΩ

Yo₁ = 80 μA

La corriente de entrada del amplificador operacional es cero, por lo que el mismo I₁ Debe pasar a través de la resistencia R_f.

i) ganancia del amplificador no inversor,

Ser_CL = 1 + (R_f /R (R)₁) = 1 + (20 KΩ / 10 KΩ)

Ser_CL = 3

ii) voltaje de salida,

V_O = A_CL * V_Y = 3 * 0,8 V

V_O = 2,4 V

iii) la corriente que fluye a través de la resistencia de carga,

Yo_L =V_O /R (R)_L = 2,4 / (2 * 10³ Ω)

Yo_L = 1,2 mA

iv) corriente de salida,

A partir de la ley actual de Kirchhoff (KCL), Yo_O = I₁ Tecla + I_L​

Yo_O = 80μA + 1.2mA

Yo_O = 1,28 mA

Descripción general de los amplificadores no inversores

• Los amplificadores no inversores utilizan una conexión de retroalimentación negativa de polarización del divisor de voltaje.
• La ganancia de voltaje siempre es mayor que 1.
• La ganancia de voltaje es positiva, lo que indica que para las entradas de CA, la salida está en fase con la señal de entrada, y para las entradas de CC, la polaridad de salida es la misma que la polaridad de entrada.
• La ganancia de voltaje de un amplificador operacional no inversor depende solo del valor de resistencia y es independiente de la ganancia de bucle abierto del amplificador operacional.
• La ganancia de voltaje deseada se puede obtener seleccionando el valor apropiado de la resistencia.

conclusión

Un breve tutorial sobre amplificadores operacionales no inversores. Ha aprendido el circuito de un amplificador no inversor ideal, la ganancia de voltaje, la impedancia de entrada/salida, la aplicación del seguidor de voltaje y ejemplos de circuitos que incluyen todos los cálculos importantes.