3.3
В инвертирующем усилителе входное напряжение подается через резистор на инвертирующую клемму. При этом неинвертирующая клемма заземляется, а между инв…
Инвертирующий усилитель подает входное напряжение через резистор на инвертирующую клемму, заземляет неинвертирующую клемму и имеет резистор обратной связи между инвертирующей и выходной клеммами.
Применяя KCL и предполагая, что операционный усилитель идеален, определяется выражение усиления.
Инвертирующие усилители меняют полярность входного сигнала при его усилении, что делает их полезными для шумоподавления.
Микрофон выбирает входной сигнал шума и инвертирует сигнал в цепи подавления для устранения шума.
Инвертирующие операционные усилители применяются в обработке звука для усиления, преобразования и фильтрации сигнала.
Неинвертирующие усилители имеют входное напряжение, подаваемое непосредственно на неинвертирующую клемму, резистор между землей и инвертирующей клеммой, а также резистор для отрицательной обратной связи.
Подача KCL на инвертирующую клемму и подстановка значений напряжения дает выражение для усиления напряжения.
Если резистор обратной связи коротко замыкается или входной резистор разомкнут, коэффициент усиления становится единицей, создавая повторитель напряжения.
Они преобразуют входы с высоким импедансом в выходы с низким импедансом, обеспечивая эффективную передачу сигнала на нагрузки с низким импедансом.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How does an inverting amplifier circuit configuration work?
An inverting amplifier connects the input voltage through a resistor to the inverting terminal, grounds the non-inverting terminal, and uses a feedback resistor between the inverting and output terminals. By applying Kirchhoff's Current Law and assuming an ideal operational amplifier, the voltage gain expression is derived. The gain depends solely on the external resistors: feedback resistance divided by input resistance.
Q2: What is the primary function of an inverting amplifier in signal processing?
Inverting amplifiers reverse the input signal's polarity while simultaneously amplifying it. This capability makes them valuable for noise cancellation applications, where the inverted signal eliminates unwanted noise in audio processing. They are also used for signal amplification, conversion, and filtering in various audio systems.
Q3: How does a non-inverting amplifier differ from an inverting amplifier?
A non-inverting amplifier applies input voltage directly to the non-inverting terminal, with a resistor connecting the inverting terminal to ground and a feedback resistor for negative feedback. Unlike inverting amplifiers, non-inverting amplifiers maintain signal polarity while amplifying. Applying KCL at the inverting terminal yields the voltage gain expression, which again depends on the feedback and input resistances.
Q4: What is a voltage follower and when is it used?
A voltage follower, or unity gain amplifier, forms when the feedback resistor is short-circuited or the input resistor is open-circuited in a non-inverting amplifier, resulting in a gain of one. It possesses high input impedance and functions as a buffer amplifier to segregate one circuit from another. This configuration efficiently converts high-impedance inputs to low-impedance outputs for signal transfer to low-impedance loads.
Q5: Why is input impedance important in non-inverting amplifier applications?
Non-inverting amplifiers have high input impedance, making them ideal intermediate-stage buffer amplifiers. This high impedance allows efficient signal transfer to low-impedance loads while minimizing loading effects on source circuits. The voltage follower configuration particularly leverages this characteristic to isolate circuit stages and preserve signal integrity across cascaded systems.
Q6: How does gain calculation differ between inverting and non-inverting amplifiers?
Both inverting and non-inverting amplifiers calculate gain using external resistor values through KCL analysis. For inverting amplifiers, gain equals negative feedback resistance divided by input resistance. For non-inverting amplifiers, gain equals one plus feedback resistance divided by input resistance. In both cases, the operational amplifier's characteristics of practical op amps determine the circuit's overall performance and accuracy.
Q7: What role does negative feedback play in op-amp amplifier circuits?
Negative feedback, established through the feedback resistor in both inverting and non-inverting configurations, stabilizes the amplifier gain and determines the amplification factor. The feedback path allows KCL analysis to derive predictable gain expressions independent of the op-amp's internal characteristics. This feedback mechanism ensures that gain depends solely on external resistor values, making amplifier performance reliable and controllable.