Amplificateur opérationnel inverseur

Op-Amp (Operational Amplifier) est l'épine dorsale de l'électronique analogique. Un amplificateur opérationnel est un composant électronique couplé en courant continu qui amplifie la tension à partir d'une entrée différentielle en utilisant une rétroaction de résistance. Les amplificateurs opérationnels sont populaires pour leur polyvalence car ils peuvent être configurés de nombreuses manières et peuvent être utilisés dans différents aspects. Un circuit ampli-op se compose de quelques variables comme la bande passante, l'impédance d'entrée et de sortie, la marge de gain, etc. Différentes classes d'amplis-op ont des spécifications différentes en fonction de ces variables. Il existe de nombreux amplificateurs opérationnels disponibles dans différents packages de circuits intégrés (IC), certains amplificateurs opérationnels ont deux ou plusieurs amplis opérationnels dans un seul boîtier. LM358, LM741, LM386 sont des circuits intégrés amplificateurs opérationnels couramment utilisés. Vous pouvez en savoir plus sur les amplificateurs opérationnels en suivant notre section Circuits amplificateurs opérationnels.

Un ampli-op a deux broches d'entrée différentielles et une broche de sortie avec des broches d'alimentation. Ces deux broches d'entrée différentielles sont la broche inverseuse ou la broche négative et non inverseuse ou positive. Un ampli opérationnel amplifie la différence de tension entre ces deux broches d'entrée et fournit la sortie amplifiée sur sa Vout ou sa broche de sortie.

Selon le type d'entrée, l'amplificateur opérationnel peut être classé comme amplificateur inverseur ou amplificateur non inverseur. Dans le précédent didacticiel sur l'amplificateur opérationnel non inverseur, nous avons vu comment utiliser l'amplificateur dans une configuration non inverseuse. Dans ce tutoriel, nous allons apprendre à utiliser op-amp en configuration inversée.

Inversion de la configuration de l'amplificateur opérationnel

Il est appelé amplificateur inverseur car l'ampli-op change l'angle de phase du signal de sortie exactement 180 degrés déphasé par rapport au signal d'entrée. Comme précédemment, nous utilisons deux résistances externes pour créer un circuit de rétroaction et créer un circuit en boucle fermée à travers l'amplificateur.

Dans la configuration non inverseuse, nous avons fourni une rétroaction positive à travers l'amplificateur, mais pour la configuration inversée, nous produisons une rétroaction négative à travers le circuit de l'amplificateur opérationnel.

Voyons le schéma de connexion pour inverser la configuration de l'ampli-op

Dans l'amplificateur opérationnel inverseur ci-dessus, nous pouvons voir que R1 et R2 fournissent le retour nécessaire à travers le circuit de l'amplificateur opérationnel. La résistance R2 est la résistance d'entrée du signal et la résistance R1 est la résistance de rétroaction. Ce circuit de rétroaction force la tension d'entrée différentielle à presque zéro.

La rétroaction est connectée à travers la borne négative de l'ampli-op et la borne positive est connectée à la terre. Le potentiel de tension aux bornes de l'entrée inverseuse est le même que le potentiel de tension de l'entrée non inverseuse. Ainsi, à travers l'entrée non inverseuse, un point de sommation Virtual Earth est créé, qui est au même potentiel que le sol ou la Terre. L'ampli opérationnel agira comme un amplificateur différentiel.

Ainsi, en cas d'inversion de l'ampli-op, il n'y a pas de courant dans la borne d'entrée, la tension d'entrée est également égale à la tension de retour sur deux résistances car elles sont toutes deux une source de masse virtuelle commune. En raison de la masse virtuelle, la résistance d'entrée de l'ampli-op est égale à la résistance d'entrée de l'ampli-op qui est R2. Ce R2 a une relation avec le gain en boucle fermée et le gain peut être réglé par le rapport des résistances externes utilisées comme rétroaction.

Comme il n'y a pas de flux de courant dans la borne d'entrée et que la tension d'entrée différentielle est nulle, nous pouvons calculer le gain en boucle fermée de l'ampli opérationnel. En savoir plus sur la consturction de l'ampli-op et son fonctionnement en suivant le lien.

Gain de l'ampli-op inverseur

Dans l'image ci-dessus, deux résistances R2 et R1 sont représentées, qui sont les résistances de rétroaction du diviseur de tension utilisées avec l'amplificateur opérationnel inverseur. R1 est la résistance de rétroaction (Rf) et R2 est la résistance d'entrée (Rin). Si nous calculons le courant traversant la résistance, alors-

i = (Vin - Vout) / (Rin (R2) - Rf (R1))

Comme le Dout est le point médian du diviseur, nous pouvons donc conclure

Comme nous l'avons décrit précédemment, en raison de la masse virtuelle ou du même point de sommation de nœud, la tension de retour est 0, Dout = 0. Donc,

Ainsi, la formule de l'amplificateur inverseur pour le gain en boucle fermée sera

Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

Donc, à partir de cette formule, nous obtenons l'une des quatre variables lorsque les trois autres variables sont disponibles. Le calculateur de gain de l'amplificateur opérationnel peut être utilisé pour calculer le gain d'un amplificateur opérationnel inverseur.

Comme nous pouvons voir un signe négatif dans la formule, la sortie sera déphasée de 180 degrés par rapport à la phase du signal d'entrée.

Exemple pratique d'amplificateur inverseur

Dans l'image ci-dessus, une configuration d'ampli opérationnel est représentée, dans laquelle deux résistances de rétroaction fournissent la rétroaction nécessaire dans l'ampli opérationnel. La résistance R2 qui est la résistance d'entrée et R1 est la résistance de rétroaction. La résistance d'entrée R2 qui a une valeur de résistance de 1K ohms et la résistance de rétroaction R1 a une valeur de résistance de 10k ohms. Nous allons calculer le gain inverseur de l'ampli-op. La rétroaction est fournie dans la borne négative et la borne positive est connectée à la terre.

La formule pour inverser le gain du circuit de l'ampli-op-

Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

Dans le circuit ci-dessus Rf = R1 = 10k et Rin = R2 = 1k

Donc, Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

Le gain sera donc de -10 fois et la sortie sera déphasée de 180 degrés.

Maintenant, si nous augmentons le gain de l'ampli-op à -20 fois, quelle sera la valeur de la résistance de rétroaction si la résistance d'entrée sera la même? Alors, Gain = -20 et Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Donc, si nous augmentons la valeur de 10k à 20k, le gain de l'ampli-op sera de -20 fois.

Nous pouvons augmenter le gain de l'ampli-op en modifiant le rapport des résistances, cependant, il n'est pas conseillé d'utiliser une résistance plus faible que Rin ou R2. Comme la valeur inférieure de la résistance abaisse l'impédance d'entrée et crée une charge sur le signal d'entrée. Dans les cas typiques, une valeur de 4,7k à 10k est utilisée pour la résistance d'entrée.

Lorsqu'un gain élevé l'exige et qu'il faut assurer une impédance élevée en entrée, il faut augmenter la valeur des résistances de rétroaction. Mais il est également déconseillé d'utiliser une résistance de très haute valeur à travers Rf. Une résistance de rétroaction plus élevée fournit une marge de gain instable et ne peut pas être un choix viable pour les opérations liées à une bande passante limitée. Une valeur typique de 100k ou un peu plus que celle utilisée dans la résistance de rétroaction.

Nous devons également vérifier la bande passante du circuit de l'amplificateur opérationnel pour un fonctionnement fiable à gain élevé.

Circuit d'amplificateur de sommation ou d'additionneur d'amplificateur opérationnel

Un amplificateur opérationnel inverseur peut être utilisé à divers endroits, comme un amplificateur de sommation d'ampli opérationnel. Une application importante de l'amplificateur opérationnel inverseur est l'amplificateur de sommation ou le mélangeur de terre virtuel.

Dans l'image ci-dessus, un mélangeur de terre virtuel ou un amplificateur de sommation est montré où un amplificateur opérationnel inversé mélangeant plusieurs signaux différents à travers sa borne inverseuse. Une entrée d'amplificateurs inverseurs est pratiquement au potentiel de la terre, ce qui fournit une excellente application liée au mélangeur dans le travail lié au mixage audio.

Comme nous pouvons le voir, différents signaux sont ajoutés ensemble à travers la borne négative en utilisant différentes résistances d'entrée. Il n'y a pas de limite au nombre d'entrées de signaux différentes pouvant être ajoutées. Le gain de chaque port de signal différent est déterminé par le rapport de la résistance de rétroaction R2 et de la résistance d'entrée du canal particulier.

Apprenez-en également plus sur les applications de l'ampli-op en suivant divers circuits basés sur l'ampli-op. Cette configuration d'ampli op inverseur est également utilisée dans divers filtres tels que le filtre passe-bas actif ou le filtre passe-haut actif.

Circuit d'amplificateur transimpédance

Une autre utilisation de l' amplificateur inverseur d'ampli Op consiste à utiliser l'amplificateur comme amplificateur trans-impédance.

Dans un tel circuit, l'ampli opérationnel convertit un très faible courant d'entrée en tension de sortie correspondante. Ainsi, un amplificateur Trans-Impedance convertit le courant en tension.

Il peut convertir le courant de photodiode, d'accéléromètres ou d'autres capteurs qui produisent un faible courant et en utilisant l'amplificateur transimpédance, le courant peut être converti en une tension.

Dans l'image ci-dessus, un amplificateur opérationnel inversé utilisé pour fabriquer un amplificateur transimpédance qui convertit le courant dérivé de la photodiode en une tension. L'amplificateur fournit une faible impédance à travers la photodiode et crée une isolation par rapport à la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel.

Dans le circuit ci-dessus, une seule résistance de rétroaction est utilisée. Le R1 est la résistance de rétroaction de haute valeur. Nous pouvons changer le gain en changeant la valeur de cette résistance R1. Le gain élevé de l'amplificateur opérationnel utilise une condition stable dans laquelle le courant de la photodiode est égal au courant de rétroaction à travers la résistance R1.

Comme nous ne fournissons aucune polarisation externe à travers la photodiode, la tension de décalage d'entrée de la photodiode est très faible, ce qui produit un gain de tension important sans aucune tension de décalage de sortie. Le courant de la photodiode sera converti en tension de sortie élevée.

Les autres applications de l'amplificateur opérationnel inverseur sont -

Déphaseur
Intégrateur
Dans les travaux liés à l'équilibrage du signal
Mélangeur RF linéaire
Divers capteurs utilisent un amplificateur opérationnel inverseur pour la sortie.