Инвертирующий усилитель использует баланс токов

Ток через два резистора

Соедините вход с V− через Rin, выход с V− через Rf, а V+ — с опорным Vref. Предположите пренебрежимый входной ток и устойчивый ненасыщенный контур. Тогда V− ≈ Vref, поэтому KCL инвертирующего узла даёт $(V_{in}-V_{ref})/R_{in}+(V_o-V_{ref})/R_f=0$. Перестановка даёт $V_o=V_{ref}-(R_f/R_{in})(V_{in}-V_{ref})$.

Для двуполярного питания с Vref = 0, Rin = 10 kΩ, Rf = 40 kΩ и Vin = 0.2 V выход — −0.8 V. Входной ток — 20 μA. Входное сопротивление примерно Rin, поэтому датчик с большим сопротивлением источника был бы нагружен. Виртуальная земля — не физическое соединение с землёй: обратная связь делает узел близким к земле, пока резистивные токи входят и выходят.

Пример однополярного питания

При предполагаемом питании 3.3 V используйте Vref = 1.65 V и то же отношение 4. При Vin = 1.75 V выход — 1.25 V. При Vin = 1.55 V — 2.05 V. Усилитель инвертирует отклонения около опоры, а не создаёт отрицательные абсолютные выходы, недоступные питанию.

Если входное отклонение +0.5 V вокруг Vref требует выход −0.35 V, цепь не может выполнить идеальное уравнение на этом питании. Проверьте размах выхода, синфазный диапазон входа и требуемый ток нагрузки до завершения проекта.

Качество опоры входит в сигнал

Перезапись уравнения даёт $V_o=(1+R_f/R_{in})V_{ref}-(R_f/R_{in})V_{in}$. При отношении 4 сдвиг опоры 1 mV даёт сдвиг выхода 5 mV, если Vin фиксирован в абсолютном напряжении. Шум и дрейф опоры поэтому важны. Если датчик и усилитель разделяют отслеживающую опору, анализируйте корреляцию вместо автоматического признания обоих вкладов независимыми.

Записывайте сигнальное усиление −4 и шумовое 5 отдельно. Последнее влияет на оценки полосы компенсированного усилителя с обратной связью по напряжению. Одно отношение резисторов служит двум связанным, но разным расчётам.