|
Als u prijs stelt op een zeer hoge ingangsimpedantie, is een niet-inverterende op-amp versterker ideaal. Bij een niet-inverterende versterker is de uitgangsspanning bovendien in fase met de ingangsspanning. Een spanningsstijging aan de ingang heeft een spanningsstijging aan de uitgang tot gevolg. |
Het basisschema
Drie weerstanden rond de op-amp
Het basisschema van een niet-inverterende versterker rond een op-amp is getekend in onderstaande figuur. De ingangsspanning wordt via een weerstand R3 aangesloten op de positieve ingang van de op-amp. Tussen de uitgang en de massa staat een seriekring van twee weerstanden R1 en R2. De negatieve ingang is aangesloten op het knooppunt van beide weerstanden. Als voorbeeld construeren we een maal tien versterker: de uitgangsspanning is tien keer groter dan de ingangsspanning. Zoals later zal blijken, wordt de versterkingsfactor van tien bepaald door de onderlinge verhouding van R1 en R2. Het is daarom zeer belangrijk dat R2 exact negen maal groter is dan R1. Als u R1 gelijk aan 10 kΩ kiest, moet R2 gelijk zijn aan 90 kΩ. Dat is geen standaardwaarde, maar twee parallel geschakelde weerstanden van 180 kΩ leveren de gewenste waarde op.
 |
| Het basisschema van een niet-inverterende versterker. (© 2017 Jos Verstraten) |
De niet-inverterende versterker in de praktijk
Opbouw van een experimenteerschakeling
In onderstaande figuur is een schakeling getekend, waarmee u met uw universeelmeter en uw instelbare voeding de werking van de schakeling kunt doorgronden. Aan de ingang sluit u de instelbare gelijkspanning V aan, de meetpunten M1, M2 en M3 moet u bereikbaar houden voor de testpen van uw universeelmeter. Als u de schakeling met de voedingsspanning verbindt, zult u vaststellen dat de uitgangsspanning steeds een factor tien groter is dan de ingangsspanning. Het is dus duidelijk dat u de ingangsspanning moet beperken tot het gebied van ±1 V. Voert u grotere spanningen toe, dan zal de uitgang van de op-amp vastlopen tegen een van de voedingsspanningen.
 |
| De niet-inverterende versterker in de praktijk. (© 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
Bouw de niet-inverterende versterker op uw experimenteerprint
U kunt deze schakeling volgens onderstaande afbeelding opbouwen op de 741 experimenteerprint van onze analoge trainer.
 |
| De schakeling van de niet-inverterende versterker op de experimenteerprint. (© 2017 Jos Verstraten) |
Hoe werkt deze schakeling?
De op-amp stelt zijn uitgangsspanning zó in dat er geen spanningsverschil bestaat tussen de beide ingangen. Stel dat u aan de ingang een spanning van +1 V aanbiedt. Deze spanning belandt via weerstand R3 op de positieve ingang. Vergeleken met de grote inwendige weerstand van de op-amp is deze weerstand erg klein. U kunt dus aannemen dat deze spanning onverzwakt op de positieve ingang van de op-amp terecht komt.
De schakeling zal er nu voor zorgen dat ook de negatieve ingang op een spanning van +1 V komt te staan. Deze spanning staat natuurlijk ook op het knooppunt van de spanningsdeler R1-R2. Door de twee weerstanden van de deler loopt één stroom I. De belasting van de negatieve ingang kunt u verwaarlozen. Als R1 en R2 door dezelfde stroom worden doorlopen, verhouden de spanningsvallen over beide componenten zich zoals hun onderlinge weerstandsverhouding. R2 is negen keer groter dan R1, de spanningsval over R2 zal ook negen keer groter zijn dan de spanningsval over R1. Deze laatste waarde is 1 V, over R2 meet u dus 9 V. De spanningen over R1 en R2 staan in serie, met dezelfde polariteit. De uitgang van de schakeling staat op een spanning van 1 V + 9 V = 10 V. De schakeling heeft de ingangsspanning exact tien maal versterkt.
Eigenschappen van de schakeling
De spanningsversterking
De spanningsversterking wordt bepaald door de verhouding tussen R1 en R2. Als u voor R1 een weerstand van 1 kΩ kiest en voor R2 een weerstand van 99 kΩ, dan zal de schakeling honderd maal versterken. Met deze schakeling zijn dus erg grote versterkingsfactoren mogelijk. De waarde van R3 is niet zo kritisch: meestal kiest men een waarde die ongeveer gelijk is aan de parallel schakeling van R1 en R2.
De ingangsimpedantie
De ingangsimpedantie van de versterker is zeer hoog. Omdat de spanning op de negatieve ingang de waarde van de ingangsspanning volgt, staat er over de serieschakeling van R3 en de Zi van de op-amp geen spanning. Er vloeit dus ook geen stroom door dit onderdeel, de ingang wordt niet belast.
De invloed van de offset
Een vervelend verschijnsel
Met deze schakeling kunt u de invloed van de offset heel mooi demonstreren. Sluit de ingang van de versterker aan op de massa. Verhoog de versterkingsfactor van de schakeling door R1 te verlagen tot 1 kΩ. In principe moet u nu op de uitgang ook nul volt meten. Waarschijnlijk meet u echter een spanning van enige honderden millivolt positief of negatief. Dit wordt veroorzaakt door de reeds in het eerste artikel uit deze reeks genoemde offset van de op-amp.
Compenseren van de offset
De offset is zeer ongewenst en vandaar dat vrijwel alle op-amp’s twee aansluitingen hebben, waarop u een instelpotentiometertje kunt aansluiten en waarmee u die offset kunt compenseren. Als u deze voorziening in uw experimenteerschakeling heeft aangebracht, kunt u nu de offset compenseren. Verdraai de compensatiepotentiometer tot de uitgang nul volt wordt bij nul volt op de ingang.
Het zal duidelijk zijn dat de invloed van de offset toeneemt als u de schakeling meer laat versterken. De offset introduceert immers een kleine verschilspanning tussen beide ingangen en deze verschilspanning wordt versterkt met de door R1 en R2 bepaalde versterkingsfactor. Een offsetspanning van 1 mV levert bij een x100 versterker reeds een fout op de uitgang van 0,1 V! Bij schakelingen met grote versterkingsfactoren is het dus absoluut noodzakelijk de offset te compenseren.
Samenvatting
Zoals gebruikelijk geeft de laatste figuur van dit artikel weer een overzicht van de eigenschappen van de de op-amp, geschakeld als niet-inverterende versterker.
 |
| Samenvatting van de eigenschappen van de niet-inverterende versterker. (© 2017 Jos Verstraten) |
|
|