|
De inverterende versterker is niet beroemd vanwege zijn hoge ingangsimpedantie, zoals zijn soortgenoot de niet-inverterende versterker, maar vormt wél de basis van allerlei soorten mengversterkers. Vandaar dat een nadere kennismaking met deze schakeling op haar plaats is. |
Het schema van een inverterende versterker
Eén op-amp, drie weerstanden
De ingangsspanning wordt aangeboden aan de negatieve ingang van de op-amp via een weerstand R1. Tussen deze ingang en de uitgang staat een terugkoppelweerstand R2. De positieve ingang van de operationele versterker wordt met de massa verbonden via weerstand R3.
Als u alle artikelen uit deze serie hebt gelezen, zult u opmerken dat dit schema als twee druppels water lijkt op dat van de 'Op-amp als inverter'. Dat is logisch, want in feite is een inverter een speciale vorm van inverterende versterker, namelijk een waarvan de versterker exact -1 bedraagt.
 |
| Het basisschema van een inverterende versterker. (© 2017 Jos Verstraten) |
In onderstaande figuur is het principeschema ingevuld met praktische weerstandswaarden:
- R1 = 10 kΩ
- R2 = 100 kΩ
- R3 = 10 kΩ
 |
| De experimenteerschakeling van een inverterende versterker. (© 2017 Jos Verstraten) |
Experimenteer mee met deze cursus!
U kunt de experimenten die in deze cursus worden beschreven zélf uitvoeren.
Daarvoor moet u echter eerst onze 'analoge trainer' nabouwen.
De uitgebreide beschrijving van de zelfbouw van dit apparaat treft u aan op de onderstaande link:
Hobby-lab: bouw een analoge trainer
De schakeling op de experimenteerprint
Bouw de schakeling op deze print volgens onderstaande figuur. Sluit de ingang V aan op een gelijkspanning van 0,5 V. De punten M1, M2 en M3 zijn weer de punten die naar de rode klem van uw universeelmeter gaan. De zwarte massa klem gaat, zoals steeds, naar de massa van de schakeling. Als u de voeding inschakelt zal op M3 inderdaad -5 V te meten zijn.
 |
| De inverterende versterker op de experimenteerprint. (© 2017 Jos Verstraten) |
De werking van de schakeling
Gelijke spanningen op beide ingangen
De werking van de schakeling is, zoals steeds, te verklaren uit het feit dat de op-amp het spanningsverschil tussen beide ingangen tot nul regelt. De positieve ingang staat op nul volt, deze ingang ligt immers via R3 aan de massa. De spanning op de negatieve ingang zal dus ook nul zijn. Over weerstand R1 staat bijgevolg een spanning van 0,5 V en wel zo dat de linker aansluiting positief is ten opzichte van de rechter. De stroom, die als gevolg van deze spanningsval door R1 loopt, kan geen andere kant op dan door R2.
De ingangsimpedantie van de op-amp is bijzonder hoog en vormt geen belasting voor de relatief laagohmige weerstandsdeler R1/R2. Als twee weerstanden door dezelfde stroom worden doorlopen, dan verhouden de spanningsvallen over de onderdelen zich zoals hun waarden. R2 is tien maal groter dan R1, dus zal de spanningsval over de eerstgenoemde weerstand ook tien maal groter zijn dan over R1. Over R1 valt 0,5 V, bijgevolg kunt u over R2 een spanning van 5 V meten. Belangrijk is de polariteit van deze spanning. Omdat de stroom I beide weerstanden in dezelfde richting doorloopt, zal ook de polariteit van beide spanningsvallen identiek zijn. De linker aansluiting van R2 is dus positief ten opzichte van de rechter. Omdat de linker aansluiting van R2 op 0 V staat, moet de rechter dus wel op een spanning van -5 V staan.
De versterkingsfactor
Deze grootheid wordt bepaald door de verhouding tussen de weerstanden R2 en R1. Voor R3 wordt weer de vervangingsweerstand van de parallelschakeling van R1 en R2 gekozen.
De ingangsimpedantie
De ingangsimpedantie wordt volledig bepaald door de waarde van de weerstand R1. De inverterende ingang ligt immers steeds op een spanning van 0 V. Dat noemt men 'een virtueel massapunt'. Het punt ligt niet écht aan de massa, maar staat wel op de spanning die ook op de massa staat.
Vanwege deze eigenschap is de inverterende versterker een ideale schakeling om een trap te ontwerpen die een zeer goed bepaalde ingangsimpedantie moet hebben. Sommige spanningsbronnen (microfoons!) eisen een bepaalde afsluitimpedantie, bijvoorbeeld 47 kΩ. Met een inverterende versterker kunt u niet alleen het signaal van de spanningsbron versterken, maar er meteen voor zorgen dat het apparaat met een correcte weerstand wordt afgesloten. Het komt er op aan de waarde van R1 gelijk te maken aan de voorgeschreven afsluitimpedantie.
Samenvatting
Zoals gebruikelijk zijn in de laatste figuur van dit artikel de belangrijkste eigenschappen van de inverterende versterker samengevat.
 |
| Samenvatting van de eigenschappen van de niet-inverterende versterker. (© 2017 Jos Verstraten) |
|
|