تقویت کننده معکوس کننده

در این آموزش، یکی از مدارهای متشکل از تقویت‌کننده عملیاتی را معرفی می‌کنیم که به‌عنوان ماژول در طراحی مدارهای پیچیده‌تر به‌کار می‌رود. این مدار، تقویت‌کننده معکوس‌کننده (Inverting Amplifier) نام دارد و در شکل ۱ نشان داده شده است. در مدار تقویت‌کننده معکوس‌کننده، ورودی مثبت زمین شده و vi از طریق مقاومت R1 به ورودی منفی یا معکوس‌کننده متصل است. مقاومت فیدبک Rf نیز بین ورودی معکوس‌کننده و خروجی قرار دارد. هدف، به دست آوردن رابطه بین ولتاژ ورودی vi و ولتاژ خروجی vo است.

شکل ۱: تقویت‌کننده معکوس‌کننده

با اعمال KCL به گره ۱، داریم:

رابطه (۱)

از آن‌جایی که ورودی مثبت، زمین شده و در یک تقویت‌کننده ایده‌آل، رابطه v1=v2=0 برقرار است، می‌توان نوشت:

یا

رابطه (۲)

بهره ولتاژ، برابر است با Av=v0/vi=−Rf/R1. مدار شکل ۱، یک معکوس‌کننده یا اینورتر است که علامت منفی دارد. بنابراین می‌توان گفت: یک تقویت‌کننده معکوس‌کننده، سیگنال ورودی را تقویت و پلاریته آن را معکوس می‌کند. 

توجه کنید که بهره، برابر با نسبت مقاومت فیدبک به مقاومت ورودی است. این بدین معنی است که بهره، فقط به عناصر خارجی متصل به تقویت‌کننده بستگی دارد. با توجه به رابطه (۲)، می‌توان مدار معادل شکل ۲ را ارائه کرد. تقویت‌کننده معکوس‌کننده در مبدل‌های جریان به ولتاژ کاربرد دارد.

شکل ۲: مدار معادل معکوس‌کننده شکل ۱

مثال

آپ امپ شکل 3 را در نظر بگیرید. اگر vi=0.5V باشد، مطلوب است: (الف) ولتاژ خروجی vo؛ (ب) جریان گذرنده از مقاومت ۱۰ کیلو اهمی.

شکل ۳: مدار آپ امپ معکوس‌کننده

حل:

(الف) با استفاده از رابطه (۲)، داریم:

(ب) جریان گذرنده از مقاومت نیز، به‌صورت زیر محاسبه می‌شود: