Was ist ein invertierender Verstärker?
Ein invertierender Verstärker (auch als invertierender Operationsverstärker oder invertierender Operationsverstärker bezeichnet) ist eine Art von Operationsverstärkerschaltung, die einen Ausgang erzeugt, der in Bezug auf seinen Eingang um 180° phasenverschoben ist.
Das bedeutet, dass, wenn der Eingangsimpuls positiv ist, der Ausgangsimpuls negativ ist und umgekehrt. Die Abbildung unten zeigt einen invertierenden Operationsverstärker, der mit einem Operationsverstärker und zwei Widerständen aufgebaut ist.
Hier legen wir das Eingangssignal über den Widerstand Ri an den invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers an. Den nichtinvertierenden Anschluss verbinden wir mit Masse. Außerdem stellen wir die Rückkopplung, die zur Stabilisierung der Schaltung und damit zur Steuerung des Ausgangs notwendig ist, über einen Rückkopplungswiderstand Rf bereit.
Mathematisch ergibt sich die Spannungsverstärkung der Schaltung als
wobei,
Wir wissen jedoch, dass ein idealer Operationsverstärker eine unendliche Eingangsimpedanz hat, wodurch die Ströme, die in seine Eingangsklemmen fließen, Null sind, d. h.d. h. I1 = I2 = 0. Somit ist Ii = If. Daraus folgt,
Wir wissen auch, dass in einem idealen Operationsverstärker die Spannungen an den invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen immer gleich sind.
Da wir den nichtinvertierenden Anschluss geerdet haben, erscheint am nichtinvertierenden Anschluss die Spannung Null. Das heißt, V2 = 0. Folglich ist auch V1 = 0. Wir können also schreiben
Aus den beiden obigen Gleichungen erhalten wir,
Die Spannungsverstärkung des invertierenden Operationsverstärkers oder invertierenden Operationsverstärkers ist,
Das bedeutet, dass die Spannungsverstärkung des invertierenden Verstärkers durch das Verhältnis des Rückkopplungswiderstandes zum Eingangswiderstand bestimmt wird, wobei das Minuszeichen die Phasenumkehr anzeigt. Weiterhin ist zu beachten, dass die Eingangsimpedanz des invertierenden Verstärkers nichts anderes als Ri ist.
Invertierende Verstärker weisen hervorragende lineare Eigenschaften auf, die sie ideal als Gleichstromverstärker machen. Außerdem werden sie häufig zur Umwandlung des Eingangsstroms in die Ausgangsspannung in Form von Transwiderstands- oder Transimpedanzverstärkern eingesetzt. Darüber hinaus können sie auch in Audio-Mischern verwendet werden, wenn sie in Form von Summierverstärkern eingesetzt werden.