Una dintre principalele aplicații ale amplificatorului operațional este amplificator de însumare sau sumator. Când impedanța de intrare a amplificatorului operațional este mare, mai sus este furnizat un semnal de intrare amplificatorului inversor pentru a adăuga semnalul dat la ieșire, cunoscut sub numele de amplificator de însumare. Acesta este un circuit de amplificator operațional unde se adaugă diferite semnale de intrare de tensiune amplificator inversor într-o singură tensiune de ieșire. Deci, acest circuit este clasificat în două tipuri în funcție de semnul ieșirii; amplificator de însumare inversabilă și amplificator de însumare fără inversare. Acest articol oferă informații scurte despre un amplificator inversor de însumare , funcționarea și aplicațiile sale.
Ce este amplificatorul de însumare inversă?
Un amplificator inversor de însumare este una dintre principalele configurații op-amp în care semnalele de intrare sunt însumate și inversate la ieșire. Acest amplificator inversează faza sau polaritatea semnalului de ieșire în comparație cu semnalul de intrare. În această configurație a amplificatorului, intrarea de inversare a amplificatorului operațional primește tensiunea de intrare, iar intrarea fără inversare este conectată la GND. Astfel, câștigul acestui amplificator poate fi controlat prin alegerea valorilor rezistenței de feedback și ale rezistenței de intrare.
Rolul op-amp în amplificatorul de însumare:
În suma circuitului amplificator, op-amp sau amplificator operațional joacă un rol cheie. Înțelegerea amplificatorului operațional va determina comportamentul amplificatorului de însumare. Un amplificator operațional este un amplificator de tensiune cu câștig mare, care include o intrare diferențială și o ieșire cu un singur capăt. Tensiunea de ieșire în op-amp este proporțională cu variația dintre cele două tensiuni de intrare.
Amplificatorul operațional dintr-un amplificator de însumare este utilizat în două moduri diferite; modul urmăritor de tensiune și invertor.
- În modul de urmărire a tensiunii, tensiunea de ieșire a amplificatorului operațional reproduce tensiunea de intrare pentru a face amplificatorul operațional ideal în principal pentru tamponarea semnalului.
- În modul Invertor, tensiunea de ieșire a amplificatorului operațional poate fi amplificată și inversată la tensiunea de intrare.
Funcționarea amplificatorului de însumare este extrem de dependentă de configurația Op Amp. Deci, funcționarea amplificatorului operațional în amplificatorul de însumare oferă un calcul precis, amplificat și potențial inversat al tensiunilor de intrare furnizate amplificatorului de însumare.
Funcționează amplificatorul de însumare inversă
Acest amplificator de însumare inversă funcționează prin inversarea polarității (sau) fazei semnalului o/p al amplificatorului pentru semnalul i/p. Deci, semnalul de intrare al acestui amplificator este dat intrării inversoare, iar intrarea neinversătoare este dată terminalului de masă. Semnalul de ieșire amplificat care poate fi generat este întotdeauna defazat la 180° față de intrare. O intrare pozitivă a acestui amplificator produce o ieșire negativă și invers. Câștigul acestui amplificator poate fi controlat selectând valorile rezistenței de feedback și ale rezistenței de intrare. Un inversarea ieșirii amplificatorului de sumare tensiunea poate fi exprimată astfel:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
The câștig al amplificatorului de însumare inversă este Câștig (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Aici este important de reținut că amplificatorul de însumare op-amp poate fi proiectat și prin configurația Non-Inverting. Dar distincția majoră între amplificatorul de însumare inversor și neinversător este intrarea impedanta . Un amplificator de însumare inversor are o impedanță de intrare mai mică în comparație cu un amplificator de însumare fără inversare din cauza rețelei de feedback. Deci, semnalele de intrare ale acestui amplificator pot fi amplificate pe baza rezistențelor conectate la amplificatorul operațional, iar suma semnalelor de intrare amplificate poate fi inversată și poate fi văzută la amplificator operațional.
Circuitul amplificator de însumare inversă
Amplificatorul de însumare inversor este o versiune extinsă a designului amplificatorului inversor, ceea ce înseamnă că mai multe intrări sunt furnizate la terminalul inversor al amplificatorului operațional, în timp ce terminalul care nu inversează este conectat la GND. Circuitul amplificator de însumare inversă este prezentat mai jos. Acest circuit are mai multe tensiuni de intrare care sunt conectate la terminalul de intrare inversor al amplificatorului, iar ieșirea va fi valoarea tuturor tensiunilor de intrare aplicate, dar inversate.
În circuitul de mai sus, când terminalul non-inversoare este conectat la GND, terminalul inversor este la GND virtual. Astfel, nodul de intrare inversor va deveni un nod ideal în principal pentru însumarea curenților i/p.
Ecuația amplificatorului de însumare inversă
Amplificatorul de însumare inversă folosind op-amp este prezentat mai jos. În acest circuit, toate semnalele de intrare adăugate pot fi transmise terminalului de intrare inversor. Deci, circuitul cu două intrări
În circuitul de mai sus, terminalul care nu inversează sau punctul B este împământat, din cauza conceptului GND virtual, nodul A poate fi și la potențial GND virtual.
VA = VB = 0 —— (I)
Din partea de intrare a acestui circuit;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
Aplicarea la nodul A și curentul la intrare op-amp este zero.
I = I1 + I2—— (iv)
De la ieșirea amplificatorului,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Înlocuiți ecuațiile ii, iii în iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/ R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Dacă cele trei rezistențe R1, R2 și Rf sunt egale, atunci R1= R2 = Rf, deci ecuația de mai sus va deveni ca;
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Selectând corect R1, R2 & Rf, putem obține adăugarea ponderată a semnalelor de intrare, cum ar fi; aV1 + bV2 care este indicat de ecuația Vi. De fapt, într-un astfel de mod, se adaugă „n” tensiuni de intrare.
Prin urmare, magnitudinea tensiunii de ieșire este cantitatea tensiunilor de intrare și, prin urmare, acest circuit este cunoscut sub numele de circuit sumator sau de vară. La ieșire, din cauza indicației negative a sumei, este cunoscut sub numele de amplificator de însumare inversă.
Cum se obțin funcția de transfer a amplificatorului de însumare inversă
Acest amplificator adaugă semnalele de intrare și inversează ieșirea. Semnalele de intrare din acest amplificator sunt adăugate cu câștigul lor. Următorul circuit arată amplificatorul de însumare inversă, care include două intrări. Funcția de transfer a acestui amplificator este prezentată mai jos.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Folosind teorema de suprapunere , să începem prin a face intrarea V2 zero, așa cum se arată în figura următoare. Aici principalul punct este de a înțelege că nivelul de tensiune la intrarea inversoare a amplificatorului operațional este de zero volți, deoarece intrarea neinversătoare este conectată la GND.
Acest amplificator operațional va seta nivelul o/p la o tensiune care aduce intrarea sa inversoare la un domeniu similar cu intrarea neinversoare. Deci, acest lucru se datorează câștigului diferențial foarte mare al acestui amplificator operațional, cum ar fi 100.000. Dacă o/p este de câțiva volți (5V), tensiunea diferențială la intrarea amplificatorului operațional trebuie să fie
Vd = 5V/100.000 = 50uV.
Intrarea inversoare și neinversătoare este considerată la un potențial similar, cu câțiva microvolți între intrările amplificatorului operațional. GND virtual din intrarea de inversare ajută la determinarea căderii de tensiune pe rezistența de feedback „Rf”. Deoarece intrarea de inversare este la 0V, căderea de tensiune deasupra Rf este similară cu Vout. Astfel, curentul în Rf, If poate fi scris ca;
Dacă = Vout/Rf
Fluxul de curent prin rezistorul R1 este curentul „I1” și poate fi scris ca următoarea ecuație.
I1=V1/R1
Amplificatorul operațional este ideal
Amplificatorul operațional poate fi considerat ideal, astfel încât curentul de polarizare de intrare „Ib” este foarte aproape de zero. În plus, rezistența „R2” este conectată cu un singur picior la GND, în timp ce celălalt picior este conectat la un nod GND virtual. Fluxul de curent prin rezistorul „R2” este foarte aproape de zero. Aici legea curentului Kirchoff spune că suma tuturor curenților dintr-un nod este zero, deci putem scrie că,
Dacă + I1 + I2 + Ib = 0
După înlocuirea „Dacă” și I1,
Vout/Rf = -V1/R1 sau -V1 (Rf/R1)
Ecuația de mai sus arată similar cu funcția de transfer a amplificatorului operațional într-o configurație inversă. Amplificatorul care include V1 în i/p este un invertor obișnuit, deoarece fluxul de curent în „R2” este zero.
În următoarele condiții de teoremă de suprapunere, stocăm „V2” și facem „V1” zero. Următoarele idei similare ca pentru „V1”, tensiunea o/p Vout2 ori de câte ori există doar „V2” în amplificatorul de intrare este;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Funcție de transfer:
Prin adăugarea celor două tensiuni o/p, T.F al amplificatorului de însumare inversă
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Funcția de transfer a acestui amplificator cu „n” semnale de intrare este
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Exemplul 1:
Să presupunem valorile rezistențelor pentru inversarea amplificatorului de însumare Rf = 100KOhms, R1=10KOhms și R2=10KOhms. Semnalele audio de intrare ale acestui amplificator sunt: Vinput1 = 1V și Vinput2 = 2V, deci calculați Vout pentru acest amplificator.
Știm că Rf = 100KOhms, R1=10KOhms și R2=10KOhms.
Vinput1 = 1V și Vinput2 = 2V
Dacă înlocuim aceste valori în ecuația amplificatorului de însumare, putem obține;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
Tensiunea de ieșire este de -30 volți, care este o amplificare și o sumă a semnalelor de intrare după ajustarea valorilor rezistenței. Diferiți factori modifică ieșirea unui amplificator, cum ar fi; obțineți lățime de bandă, alimentare cu tensiune și efecte de încărcare. Cu toate acestea, exemplul de mai sus al unui amplificator de însumare oferă o perspectivă asupra aritmeticii fundamentale și a interacțiunii componentelor care conduc acest amplificator. Procesul de însumare și amplificare a semnalelor poate fi mărit pentru a include diferite semnale în comun.
Exemplul 2:
Care va fi tensiunea de ieșire pentru următorul circuit amplificator de însumare dacă trei semnale audio conduc acest amplificator?
Pentru fiecare canal din circuitul de mai sus, câștigurile de tensiune în buclă închisă pot fi măsurate ca;
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 Kilo Ohmi / 20 Kilo Ohmi) => – 5 Kilo Ohmi.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 Kilo Ohmi / 10 Kilo Ohmi) => ACL2 = – 10 Kilo Ohmi.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 Kilo Ohmi / 50 Kilo Ohmi) => ACL3 = – 2 Kilo Ohmi.
Tensiunea o/p pentru acest amplificator de însumare poate fi dată ca;
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVolți) + (10 * 200 mVolți) + (2 * 300 mVolți)]
= – (0,5 volți + 2 volți + 0,6 volți) => – 3,1 volți.
Avantaje dezavantaje
The avantajele inversării unui amplificator de însumare includ următoarele.
- Punctul de însumare al acestui amplificator este practic la potențialul pământului și astfel setările, precum și semnalele de la fiecare canal diferit nu se influențează reciproc. Astfel, fiecare canal este amestecat sau însumat în afară de nivelul semnalului etc.
- Acest amplificator permite experților audio să îmbine semnalele de la diferite canale și să le reproducă într-o singură pistă. Fiecare intrare audio este configurată separat, fără a perturba ieșirea.
Acest tip de amplificator oferă izolație între intrările și ieșirile individuale datorită GND-ului său virtual la nod.
The dezavantajele inversării unui amplificator de însumare includ următoarele.
- Principalul dezavantaj al unui amplificator inversor de însumare este că are un câștig destul de mai mic în comparație cu tip non-inversoare .
- Acest amplificator este sensibil la zgomot, astfel că degradează raportul S/N și scade precizia semnalului de ieșire.
- Calculul acestui amplificator devine complex atunci când numărul de intrări crește.
- Inversarea sumei în acest amplificator ar putea să nu fie de dorit în unele cazuri.
Aplicații
The aplicații de amplificator de însumare inversă includ următoarele.
- Inversarea amplificatorului de însumare ajută la inversarea polarității (sau) fazei semnalului o/p al amplificatorului cu semnalul de intrare.
- Aceasta este o configurație de amplificator foarte specializată oriunde semnalele de intrare sunt însumate și inversate la ieșire.
- Acest tip de amplificator de însumare este utilizat pentru adăugarea semnalelor.
- Acest amplificator este folosit pentru adăugarea de semnale diferite cu câștiguri echivalente în mixerul audio.
- Acest amplificator de însumare este utilizat pentru a aplica o tensiune DC offset printr-o tensiune de semnal AC.
- De asemenea, poate funcționa ca scădere prin pur și simplu furnizarea unei tensiuni o/p care este echivalentă cu variația a două tensiuni.
Astfel, aceasta este o prezentare generală a unui amplificator inversor, circuite, funcționare, derivație, avantaje, dezavantaje și aplicații. Funcția principală a acestui amplificator este de a inversa faza semnalului o/p. Aceste amplificatoare au impedanță scăzută de ieșire, impedanță mare de intrare și valori ale circuitului foarte flexibile care pot fi ajustate cu ușurință pentru a gestiona câștigul fiecărui semnal de intrare.
Amplificatorul operațional în însumare circuitul amplificator determină comportamentul acestuia. Op-amp-ul din acest amplificator funcționează în modul urmăritor de tensiune sau invertor. Ecuația acestui amplificator indică pur și simplu tensiunea o/p care este relativă la tensiunile de intrare, precum și rezistențele din circuit. Aceste amplificatoare de însumare sunt utilizate în diferite aplicații practice, cum ar fi; mixere audio, oriunde diferite semnale de intrare sunt îmbinate într-o singură ieșire. Iată o întrebare pentru tine, ce este un amplificator de însumare non-inversoare?
