Ein invertierender Verstärker verwendet eine Strombilanz

Strom durch zwei Widerstände

Verbinden Sie den Eingang über Rin mit V−, den Ausgang über Rf mit V− und V+ mit einer Referenzspannung Vref. Nehmen Sie vernachlässigbaren Eingangsstrom und eine stabile, ungesättigte Schleife an. Dann ist V− ≈ Vref und KCL am invertierenden Knoten ergibt $(V_{in}-V_{ref})/R_{in}+(V_o-V_{ref})/R_f=0$. Umstellen liefert $V_o=V_{ref}-(R_f/R_{in})(V_{in}-V_{ref})$.

Für ein Beispiel mit symmetrischer Versorgung und Vref = 0, Rin = 10 kΩ, Rf = 40 kΩ und Vin = 0.2 V beträgt die Ausgabe −0.8 V. Eingangsstrom ist 20 μA. Dieser Eingangswiderstand beträgt ungefähr Rin, daher würde ein Sensor mit hohem Quellenwiderstand belastet. Virtuelle Masse ist keine physische Masseverbindung: Rückkopplung hält den Knoten nahe Masse, während Widerstandsströme hinein und heraus fließen.

Ein Beispiel mit einfacher Versorgung

Verwenden Sie bei angenommener 3.3-V-Versorgung Vref = 1.65 V und dasselbe Verhältnis 4. Bei Vin = 1.75 V ist der Ausgang 1.25 V. Bei Vin = 1.55 V ist er 2.05 V. Der Verstärker invertiert Abweichungen um den Bezug, statt negative absolute Ausgangsspannungen zu erzeugen, die die Versorgung nicht unterstützt.

Fordert ein Eingangshub +0.5 V um Vref einen Ausgang −0.35 V, kann die Schaltung die ideale Gleichung mit dieser Versorgung nicht erfüllen. Prüfen Sie Ausgangshub, Eingangsgleichtaktbereich und benötigten Laststrom, bevor Sie den Entwurf als vollständig ansehen.

Referenzqualität gelangt ins Signal

Die umgeschriebene Gleichung lautet $V_o=(1+R_f/R_{in})V_{ref}-(R_f/R_{in})V_{in}$. Bei Verhältnis 4 erzeugt eine Referenzverschiebung 1 mV eine Ausgangsverschiebung 5 mV, wenn Vin absolut fest bleibt. Referenzrauschen und Drift zählen daher. Teilen Sensor und Verstärker einen mitlaufenden Bezug, analysieren Sie deren Korrelation, statt beide Referenzbeiträge automatisch unabhängig zu behandeln.

Erfassen Sie Signalverstärkung −4 und Rauschverstärkung 5 getrennt. Letztere beeinflusst Bandbreitenschätzungen eines kompensierten spannungsgegengekoppelten Operationsverstärkers. Ein Widerstandsverhältnis dient zwei verwandten, aber unterschiedlichen Rechnungen.