Amplificador não inversor: 5 fatos importantes que você deve saber

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Introdução ao amplificador não inversor

O amplificador não inversor é outro modo de operação para um amplificador padrão. Como sabemos, os amplificadores típicos têm dois terminais - inversores e não inversores. Quando as entradas são fornecidas por meio de terminais não inversores, esse modo de operação é conhecido como amplificador não inversor.

Teoria do amplificador não inversor

O princípio de funcionamento ou a teoria por trás do amplificador não inversor é o mesmo que um amplificador inversor e para amplificador não inversor, a entrada é fornecida no terminal não inversor. O amplificador amplifica a saída com um ganho específico e o fornece em produção. O ganho depende dos valores de resistência e o sistema de feedback é conectado ao amplificador inversor para gerar feedback negativo no sistema. Como o sistema tem feedback negativo, este amplificador tem mais estabilidade, mas um ganho menor do que um amplificador inversor com os mesmos valores de resistência.

Diagrama de circuito do amplificador não inversor

A imagem abaixo mostra o diagrama de circuito de um amplificador não inversor. Na imagem abaixo, Vin é a tensão de entrada do amplificador, R1 é a resistência primária, Rf é a resistência de feedback e 'I' é a corrente através da resistência de feedback. Estude a imagem cuidadosamente, pois ela será chamada de imagem do amplificador não inversor ao longo do artigo.

amplificador não inversor
Crédito de imagem: Carga Indutiva, Amplificador não inversor Op-Amp, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

Design de amplificador sem inversão

Criando um amplificador não inversor é uma tarefa bastante simples e direta. Inicialmente, o op-amp é definido com seu positivo e -ve. tensão de referência e contatos de aterramento são feitos conforme necessário. Agora, como é um amplificador não inversor, a tensão de entrada é fornecida no terminal não inversor e inversor é conectado ao terra por meio de uma resistência e a resistência de feedback padrão é associada ao amplificador inversor para fornecer -ve. feedback no circuito amplificador não inversor.

Como funciona um amplificador não inversor?

O amplificador não inversor amplifica o sinal de entrada fornecido no amplificador não inversor e as resistências no projeto do amplificador atuam como o fator de ganho em uma equação matemática particular. Devido ao aterramento virtual, a tensão do ponto B também aparece na extremidade 'A'. É assim que o nó A tem a mesma tensão que a tensão de entrada. Novamente, a mesma corrente fluirá através do terminal inversor como aquela do caminho de feedback.

Derivação de amplificador não inversor

Vamos derivar as equações do amplificador sem inversão e outras fórmulas essenciais. Em primeiro lugar, suponha que o curto virtual funcione para o amplificador.

Então, a tensão no nó B será igual à tensão no nó A.

Agora, VB = Vin.

O Vin, portanto, também aparecerá no nó A. Portanto, podemos dizer,

VA = Vin.

Vamos supor que a tensão de saída seja Vo. A resistência de feedback é chamada de Rf. A corrente através do caminho de feedback é 'I'. O 'eu' pode ser escrito como abaixo.

I = (Vo - VA) / Rf

Ou, I = (Vo / Rf) - (VA / Rf) —- (1)

A mesma corrente flui pelo terminal inversor. Então, a equação para esse terminal,

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

Equacionando a equação (1) e a equação (2), podemos escrever –

(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)]

Esta é a saída final do amplificador não inversor.

Equação do amplificador não inversor

A equação de saída final do circuito é conhecida como equação do amplificador não inversor. A equação fornece a relação entre a tensão de entrada e saída. O fator de ganho também pode ser observado na equação.

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

Esta é a equação do amplificador sem inversão. O Rf é a resistência de feedback, R1 é a resistência conectada no terminal inversor. Os valores dessas resistências afetam a tensão de entrada. Como podemos ver, se o valor de (Rf / R1) for maior que 1, então ganhamos no sistema. Portanto, o fator (Rf / R1) precisa aumentar tanto quanto possível. Mas isso pode ser feito até certo ponto.

Amplificador não inversor Vout

O vout ou a tensão de saída do amplificador não inversor nos diz por que esse conjunto de operação no amplificador é chamado de amplificador não inversor. A equação de saída do amplificador não inversor é dada como V0 = Vin [1 + (Rf / R1)].

Pela equação acima, podemos observar que as tensões de saída e entrada estão na mesma fase de operação. Ao contrário de um terminal inversor, a saída do amplificador não é invertida para a fase negativa. É por isso que o conjunto de operação é chamado de amplificador não inversor.

Impedância de entrada do amplificador sem inversão

Um amplificador operacional ideal tem a propriedade de alta impedância de entrada e é por isso que todos os amplificadores são projetados para ter impedâncias de entrada maiores. Os amplificadores não inversores não são exceções. Eles mostram impedâncias de entrada mais altas nas operações.

Ganho de amplificador não inversor

A saída de um amplificador é a entrada multiplicada pelo ganho. O ganho dos amplificadores depende dos valores de resistência e do tipo de feedback do amplificador. Para o sistema de feedback negativo, o ganho diminuiu e a estabilidade do sistema aumenta, e para o feedback positivo, o ganho é maior, mas a força do sistema diminui.

Para a equação: Vout = k * Vin, k é o ganho do amplificador.

(Ponto a ser observado: o ganho é uma razão entre a tensão de saída e a tensão de entrada fornecida. É por isso que ele não tem unidades.)

Ganho do amplificador não inversor

Discutimos anteriormente o que significa ganho para um amplificador não inversor. Vamos descobrir a expressão exata para o ganho de um amplificador não inversor.

A expressão geral da tensão de saída do amplificador é Vout = k * Vin.

O / P equn do amplificador não inversor formulado como  

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

Portanto, k pode ser calculado pela comparação das duas equações acima.

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

Essa expressão do resistor é conhecida como ganho do amplificador não inversor e a partir disso, podemos observar que se Rf = R1, Vo = 2 * Vin. Portanto, a tensão de entrada é amplificada por um fator de 2. A relação (Rf / R1) normalmente controla o ganho. Aumentar Rf aumenta o valor de ganho.

Ganho negativo do amplificador operacional não inversor

Uma análise detalhada do ganho de Non-Inverting amp op é feito anteriormente. O ganho negativo do amplificador operacional não inversor é referido como o ganho exato do amplificador. É dada uma nomenclatura diferente porque o op-amp é fornecido com feedback negativo. Embora o termo seja enganoso, muitos leitores pensam que indica que um amplificador não inversor fornece as magnitudes negativas de ganho.

Função de transferência de amplificador não inversor

A função de transferência de um sistema refere-se ao processo que descreve ou fornece saída para cada entrada. Como o amplificador pega duas entradas e as amplifica, a função de transferência refletirá a mesma. A função de transferência pode ser escrita como:

Vo = k * Vi

Aqui, Vo e Vi são as duas entradas ek é o ganho.

Placa de ensaio amplificador sem inversão

Para observar e examinar a funcionalidade de um amplificador não inversor na realidade, precisamos fazer um circuito usando uma PCB ou uma placa de ensaio. O experimento requer alguns equipamentos. Eles estão listados abaixo.

  1. Resistências de 1 quilo-ohm e dez quilo-ohms.
  2. IC741
  3. Fios de conexão
  4. CRO
  5. placa de ensaio
  6. Fonte de tensão DC

A conexão da placa de ensaio é fornecida abaixo. Conecte o equipamento corretamente e observe a forma de onda de saída no CRO.

Largura de banda do amplificador não inversor

Antes de aprender sobre a largura de banda de um amplificador não inversor, deixe-nos saber a largura de banda de um amplificador. A largura de banda é mencionada como a faixa de frequência na qual o amplificador do amplificador fica acima de 70.7%.

A largura de banda de um amplificador não inversor é determinada considerando o produto ganho-largura de banda e então dividindo-o pelo ganho não inversor.

Mudança de fase do amplificador sem inversão

Normalmente, a mudança de fase é referida como a mudança na magnitude do sinal de entrada. Há uma caixa preta e fornecemos um sinal de entrada de +5 V. Agora, se recebermos -10 V como saída, há uma mudança de fase dentro da caixa preta. O mesmo acontece com os amplificadores. Como fornecemos entrada para o amplificador não inversor, não há mudança na fase de uma tensão de uma tensão de saída. Então, podemos dizer que há um 0o mudança na saída. Para um terminal inversor, a mudança de fase é -180o.

Ganho do amplificador somador não inversor

O amplificador somador fornece a soma amplificada das tensões de entrada como saída. No circuito abaixo, fornecemos duas tensões de entrada como V1 e V2 no terminal não inversor do amplificador, pois queremos criar um terminal não inversor amplificador somador.

amplificador não inversor
Imagem por: Carga Indutiva, Amplificador Somador Op-Amp, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

Aplicando a teoria da superposição para determinar a tensão nos nós, igualamos os valores de corrente da ramificação de feedback e da ramificação do terminal inversor.

A equação de saída vem como: Vout = [1 + (Rf / Ra)] * [(V1 + V2) / 2]

Portanto, o ganho do amplificador somador não inversor é [1 + (Rf / Ra)] e é semelhante aos amplificadores não inversores típicos.

Aplicação de amplificador não inversor | Usos de amplificador não inversor.

  • Uma das aplicações significativas do amplificador não inversor é oferecer alta impedância de entrada e este amplificador operacional não inversor é muito eficiente para isso.
  • Os amplificadores operacionais não inversores são usados ​​para diferenciar entre pequenos circuitos dentro de um curso em cascata e complexo.
  • Eles também são usados ​​em considerações de ganho variadas.

Para que são usados ​​os amplificadores não inversores?

Os amplificadores não inversores são usados ​​por seus valores de alta impedância e melhores estabilidades devido ao feedback e ganho negativos. A propriedade de amplificador não inversor que fornece ganho ou resistência na saída o tornou famoso pela diferenciação de circuito para sistemas em cascata.

Ruído do amplificador inversor vs não inversor

Os amplificadores inversores fornecem mais ganho de ruído do que os amplificadores não inversores. Isso acontece porque a fonte de corrente e tensões encontram diferentes valores de ganho para a saída. O ganho de ruído é um parâmetro muito importante para medir o desempenho do amplificador.

Amplificador de buffer não inversor

O amplificador de buffer não inversor ou o amplificador de buffer, ou o amplificador operacional de buffer, é um tipo particular de amplificador operacional que recebe a única entrada por meio do amplificador não inversor e fornece ganho de unidade. O terminal inversor está em curto-circuito, com a saída criando feedback negativo. Esses amplificadores oferecem alta impedância de entrada, baixa impedância de saída e alta renda de corrente.

Buffers são usados ​​para um disjuntor ou para evitar o carregamento da entrada.

amplificador não inversor
Imagem por: Carga Indutiva, Buffer Op-Amp Unity-Gain, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

Amplificador não inversor com capacitor

Um capacitor pode ser adicionado a um amplificador não inversor para implementar várias funções de transferência. Um capacitor pode transformar o amplificador não inversor em um integrador ou diferenciador.

Usando os capacitores, os amplificadores não inversores também podem ser transformados em circuitos AC acoplados, ou um 'trilho fornecido pela metade'.

Amplificador não inversor com tensão de referência

Os amplificadores não inversores são configurados com tensões de referência. As tensões de referência são essenciais para amplificadores operacionais, pois são o limite para as saídas. Um amplificador não pode ir além da tensão de referência positiva ou ir abaixo da tensão de referência negativa.

Perguntas Frequentes

1. Para que é usado um amplificador não inversor?

Responda: Os amplificadores não inversores são usados ​​por seus valores de alta impedância e melhores estabilidades devido ao feedback e ganho negativos. A propriedade de amplificador não inversor que fornece ganho ou resistência na saída o tornou famoso pela diferenciação de circuito para sistemas em cascata.

2. Qual é o melhor amplificador inversor ou não inversor?

Responda: Os amplificadores inversores são mais preferidos do que os amplificadores não inversores. A taxa de variação e a taxa de rejeição do modo padrão (CMRR) são maiores para um amplificador inversor do que para um amplificador não inversor.

3. Desenhe a forma de onda do amplificador não inversor.

Responda: A imagem abaixo mostra a forma de onda do amplificador sem inversão. Podemos observar que a saída está amplificada e está na mesma fase da entrada.

amplificador não inversor
Waveform

4. Para que aplicação é utilizado um amplificador inversor e para que aplicação é utilizado um amplificador não inversor?

Resposta: Aplicações onde o usuário precisa de maior ganho, melhor taxa de variação, melhor CMRR escolherão o amplificador inversor. E se um usuário precisa de maior estabilidade dinâmica do sistema, ele deve estar apto para o amplificador não inversor.

5. Quais são as vantagens de um amplificador inversor em oposição ao não inversor?

Responda: Um amplificador inversor fornece mais ganho, uma taxa de variação melhor e um CMRR mais alto do que um amplificador não inversor.

6. Quais são as condições típicas de um amplificador não inversor para operar na região linear?

Responda: Vamos considerar, Rs é uma resistência de entrada típica, Rf é a resistência de feedback, Vcc é a tensão de saturação e Vg é uma tensão de referência. A condição para trabalhar na região linear de um op-amp ideal será:

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

7. Por que um aterramento virtual não é aplicado a um amplificador não inversor?

Responda: Embora os alunos façam perguntas com frequência, há uma falha técnica no próprio problema. O Virtual Ground é uma propriedade do amplificador, mas não é um estatuto que possa ser aplicado de fato. Agora, para um terminal não inversor, não há nenhum nó presente no circuito, o que não é bom.

8. Por que a resistência IP de opam invertido e não invertido é infinita?

Responda: A resistência de entrada do não inversor amp op é infinito, mas praticamente se esse valor de impedância for aumentado, menor será a corrente que ele realmente consumirá. A condição é necessária para que o amplificador operacional execute e amplifique o sinal semanal de maneira eficiente.

9. Por que não há tensão sobre o resistor de feedback em um amplificador não inversor?

Responda: Para uma circuito não inversor seguidor de tensão, não há queda de tensão através do terminal inversor e para o caso ideal, não deve haver nenhuma corrente através do resistor.

10. Por que o valor dos resistores de realimentação deve ser maior do que o valor dos resistores de entrada no caso de um amplificador OP amp não inversor?

Responda: O ganho de um amplificador não inversor é dado como [1 + (Rf / Ra)]. Podemos observar que aumentar o Rf (resistência de feedback) aumentará o ganho geral do sistema. É por isso que o valor do resistor de feedback é mantido mais excelente do que os valores de resistência de entrada.

11. O que acontecerá se eu quiser adicionar um capacitor de feedback positivo em um amplificador não inversor? E quanto ao ruído e margem de fase?

Resposta: Se você adicionar um capacitor de realimentação positiva a um amplificador não inversor, o circuito funcionará como um multivibrador. O valor RC controlará a oscilação. A margem de ruído e fase não é tão importante.

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