Jednou z hlavných aplikácií operačného zosilňovača je sumačný zosilňovač alebo sčítačka. Keď je vstupná impedancia operačného zosilňovača obrovská, nad jedným vstupným signálom sa invertnému zosilňovaču pridá daný signál na výstup, známy ako sčítací zosilňovač. Toto je obvod operačného zosilňovača, kde sa do obvodu pridávajú rôzne napäťové vstupné signály invertujúci zosilňovač do jediného výstupného napätia. Takže tento obvod je klasifikovaný do dvoch typov na základe znamienka výstupu; invertujúci sčítací zosilňovač a neinvertujúci sčítací zosilňovač. Tento článok poskytuje stručné informácie o an invertujúci sčítací zosilňovač , jeho fungovanie a jeho aplikácie.
Čo je invertujúci sčítací zosilňovač?
Invertujúci sčítací zosilňovač je jednou z hlavných konfigurácií operačného zosilňovača, kde sú vstupné signály sčítané a invertované na výstupe. Tento zosilňovač invertuje fázu alebo polaritu výstupného signálu v porovnaní so vstupným signálom. V tejto konfigurácii zosilňovača dostane invertujúci vstup operačného zosilňovača vstupné napätie a neinvertujúci vstup je pripojený k GND. Zisk tohto zosilňovača je teda možné ovládať výberom hodnôt spätnoväzbového odporu a vstupného odporu.
Úloha operačného zosilňovača v sčítacom zosilňovači:
V obvode súčtu zosilňovača je operačný zosilňovač alebo operačný zosilňovač zohráva kľúčovú úlohu. Pochopenie operačného zosilňovača určí správanie súčtu zosilňovača. Operačný zosilňovač je napäťový zosilňovač s vysokým ziskom vrátane diferenciálneho vstupu a výstupu s jedným koncom. Výstupné napätie v operačnom zosilňovači je úmerné zmenám v rámci dvoch vstupných napätí.
Operačný zosilňovač v sčítacom zosilňovači sa používa v dvoch rôznych režimoch; sledovač napätia a režim meniča.
- V režime sledovača napätia výstupné napätie operačného zosilňovača reprodukuje vstupné napätie, vďaka čomu je operačný zosilňovač ideálny hlavne na vyrovnávanie signálu.
- V režime meniča môže byť výstupné napätie operačného zosilňovača zosilnené a invertované na vstupné napätie.
Fungovanie sčítacieho zosilňovača je extrémne závislé od konfigurácie operačného zosilňovača. Takže prevádzka operačného zosilňovača v sčítacom zosilňovači poskytuje presný, zosilnený a potenciálne invertovaný výpočet vstupných napätí dodávaných do sčítacieho zosilňovača.
Invertujúci sčítací zosilňovač funguje
Tento invertujúci sčítací zosilňovač funguje tak, že invertuje fázu polarity (alebo) o/p signálu zosilňovača pre i/p signál. Vstupný signál tohto zosilňovača sa teda privádza na invertujúci vstup a neinvertujúci vstup sa privádza do uzemňovacej svorky. Zosilnený výstupný signál, ktorý je možné generovať, je vždy fázovo posunutý o 180° so vstupom. Kladný vstup tohto zosilňovača dáva záporný výstup a naopak. Zosilnenie tohto zosilňovača je možné ovládať výberom hodnôt spätnoväzbového odporu a vstupného odporu. An invertujúci sčítací výstup zosilňovača napätie môže byť vyjadrené ako:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
The zisk invertujúceho sčítacieho zosilňovača je zisk (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Tu je dôležité poznamenať, že sčítací zosilňovač operačného zosilňovača môže byť navrhnutý aj prostredníctvom neinvertujúcej konfigurácie. Ale hlavný rozdiel medzi invertujúcim a neinvertujúcim sumačným zosilňovačom je vstup impedancia . Invertujúci sčítací zosilňovač má menšiu vstupnú impedanciu v porovnaní s neinvertujúcim sčítacím zosilňovačom kvôli spätnoväzbovej sieti. Takže vstupné signály tohto zosilňovača môžu byť zosilnené na základe odporov pripojených k operačnému zosilňovaču a súčet zosilnených vstupných signálov môže byť invertovaný a môže sa objaviť na operačnom zosilňovači.
Invertujúci sčítací obvod zosilňovača
Invertujúci sčítací zosilňovač je rozsiahla verzia dizajnu invertujúceho zosilňovača, čo znamená, že do invertujúceho terminálu operačného zosilňovača je poskytnutých niekoľko vstupov, zatiaľ čo neinvertujúci terminál je pripojený k GND. Obvod invertujúceho súčtu zosilňovača je znázornený nižšie. Tento obvod má niekoľko vstupných napätí, ktoré sú pripojené k invertujúcej vstupnej svorke zosilňovača a výstupom bude množstvo všetkých použitých vstupných napätí, ale invertované.
Vo vyššie uvedenom obvode, keď je neinvertujúci terminál pripojený k GND, invertujúci terminál je na virtuálnej GND. Invertujúci vstupný uzol sa tak stane ideálnym uzlom hlavne na sčítanie i/p prúdov.
Invertujúca sčítacia rovnica zosilňovača
Invertujúci sčítací zosilňovač využívajúci operačný zosilňovač je uvedený nižšie. V tomto obvode môžu byť všetky pridané vstupné signály odovzdané invertujúcej vstupnej svorke. Takže obvod s dvoma vstupmi
Vo vyššie uvedenom obvode je neinvertujúci terminál alebo bod B uzemnený, kvôli konceptu virtuálneho GND môže byť uzol-A tiež na virtuálnom potenciáli GND.
VA = VB = 0 —— (I)
Zo vstupnej strany tohto obvodu;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
Použitie v uzle-A a prúd na vstupnom operačnom zosilňovači je nulový.
I = I1 + I2—— (iv)
Z výstupu zosilňovača,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————— (v)
Dosaďte rovnice ii, iii v iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf/R1) V1 + (Rf/R2) V2).
Ak sú tri odpory R1, R2 a Rf rovnaké, potom R1= R2 = Rf, takže vyššie uvedená rovnica bude vyzerať takto;
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Správnym výberom R1, R2 a Rf môžeme získať vážené sčítanie vstupných signálov, ako napr. aV1 + bV2, čo je označené rovnicou Vi. V skutočnosti sa takýmto spôsobom pridáva „n“ vstupných napätí.
Preto je veľkosť výstupného napätia množstvo vstupných napätí, a preto je tento obvod známy ako sčítačka alebo letný obvod. Na výstupe je kvôli negatívnej indikácii súčtu známy ako invertujúci sčítací zosilňovač.
Ako odvodiť funkciu prenosu invertujúceho súčtu zosilňovača
Tento zosilňovač pridáva vstupné signály a invertuje výstup. Vstupné signály v tomto zosilňovači sú sčítané s ich ziskom. Nasledujúci obvod zobrazuje invertujúci sčítací zosilňovač vrátane dvoch vstupov. Prenosová funkcia tohto zosilňovača je uvedená nižšie.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Pomocou superpozičná veta , začnime nastavením vstupu V2 na nulu, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku. Tu je hlavným bodom pochopiť, že úroveň napätia na invertujúcom vstupe operačného zosilňovača je nula voltov, pretože neinvertujúci vstup je pripojený k GND.
Tento operačný zosilňovač nastaví úroveň o/p na napätie, ktoré privedie jeho invertujúci vstup do podobného rozsahu ako neinvertujúci vstup. Takže je to kvôli veľmi vysokému rozdielovému zisku tohto operačného zosilňovača, napríklad 100 000. Ak je o/p niekoľko voltov (5V), rozdielové napätie na vstupe operačného zosilňovača musí byť
Vd = 5V/100 000 = 50uV.
Invertujúci a neinvertujúci vstup sa považuje za podobný potenciál s niekoľkými mikrovoltami medzi vstupmi operačného zosilňovača. Virtuálne GND v rámci invertujúceho vstupu pomáha pri určovaní poklesu napätia na odpore spätnej väzby „Rf“. Keďže invertujúci vstup je na 0V, pokles napätia nad Rf je podobný ako Vout. Takže prúd v celom Rf, If možno zapísať ako;
Ak = Vout/Rf
Tok prúdu cez odpor R1 je prúd „I1“ a možno ho zapísať ako nasledujúcu rovnicu.
I1 = V1/R1
Ideálny je operačný zosilňovač
Operačný zosilňovač možno považovať za ideálny, takže vstupný predpätý prúd ‚Ib‘ je veľmi blízko nule. Okrem toho je odpor „R2“ spojený jednou vetvou s GND, zatiaľ čo druhá vetva je pripojená k virtuálnemu uzlu GND. Tok prúdu cez odpor „R2“ je veľmi blízko nule. Tu Kirchoffov súčasný zákon hovorí, že súčet všetkých prúdov v uzle je nula, takže môžeme napísať, že
Ak + I1 + I2 + Ib = 0
Po nahradení „If“ a I1,
Vout/Rf = -V1/R1 alebo -V1 (Rf/R1)
Vyššie uvedená rovnica vyzerá podobne ako funkcia prenosu operačného zosilňovača v invertujúcej konfigurácii. Zosilňovač obsahujúci V1 vo svojom i/p je bežný invertor, pretože tok prúdu cez „R2“ je nulový.
V nasledujúcich podmienkach teorému o superpozícii uložíme „V2“ a urobíme „V1“ nulou. Nasledujúce podobné nápady ako pre „V1“, o/p napätie Vout2 vždy, keď je vo vstupnom zosilňovači iba „V2“, je;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Prenosová funkcia:
Pridaním dvoch o/p napätí, T.F invertujúceho sčítacieho zosilňovača
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Prenosová funkcia tohto zosilňovača so vstupnými signálmi „n“ je
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +...+ Vn (Rf/Rn)]
Príklad1:
Predpokladajme hodnoty rezistorov pre invertujúci sčítací zosilňovač Rf = 100 KOhms, R1 = 10 KOhms & R2 = 10 KOhms. Vstupné audio signály tohto zosilňovača sú 'Vinput1 = 1V a Vinput2 = 2V, takže vypočítajte Vout pre tento zosilňovač.
Vieme, že Rf = 100 KOhmov, R1 = 10 KOhmov a R2 = 10 KOhmov.
Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V
Ak tieto hodnoty dosadíme do rovnice sčítacieho zosilňovača, môžeme dostať;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
Výstupné napätie je -30V, čo je zosilnenie a suma vstupných signálov po úprave hodnôt odporu. Rôzne faktory menia výstup zosilňovača, napr. produkt zosilnenia šírky pásma, napájanie a efekty zaťaženia. Vyššie uvedený príklad sčítacieho zosilňovača však poskytuje pohľad na základnú aritmetiku a interakciu komponentov, ktoré poháňajú tento zosilňovač. Proces sčítania a zosilnenia signálov možno rozšíriť tak, aby zahŕňal rôzne signály spoločne.
Príklad2:
Aké bude výstupné napätie pre nasledujúci obvod súčtu zosilňovača, ak tento zosilňovač poháňajú tri zvukové signály?
Pre každý kanál vo vyššie uvedenom obvode sa zisky napätia v uzavretej slučke môžu merať ako;
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 kiloohmov / 20 kiloohmov) => – 5 kiloohmov.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 kiloohmov / 10 kiloohmov) => ACL2 = – 10 kiloohmov.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 kiloohmov / 50 kiloohmov) => ACL3 = – 2 kiloohmov.
O/p napätie pre tento sčítací zosilňovač môže byť uvedené ako;
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVoltov) + (10 * 200 mVoltov) + (2 * 300 mVoltov)]
= – (0,5 V + 2 V + 0,6 V) => – 3,1 V.
Výhody nevýhody
The výhody invertovania sčítacieho zosilňovača zahŕňajú nasledujúce.
- Sumárny bod v tomto zosilňovači je virtuálne na potenciáli zeme, a preto sa nastavenia a signály z každého kanála navzájom neovplyvňujú. Takto je každý kanál zmiešaný alebo sčítaný okrem úrovne signálu atď.
- Tento zosilňovač umožňuje audio expertom spájať signály z rôznych kanálov a reprodukovať ich do jedinej stopy. Každý jednotlivý audio vstup je konfigurovaný samostatne bez rušenia výstupu.
Tento druh zosilňovača poskytuje izoláciu medzi jednotlivými vstupmi a výstupmi vďaka svojmu virtuálnemu GND v uzle.
The nevýhody invertovania sčítacieho zosilňovača zahŕňajú nasledujúce.
- Hlavnou nevýhodou invertujúceho sčítacieho zosilňovača je to, že má v porovnaní s zosilňovačom pomerne nižší zisk neinvertujúci typ .
- Tento zosilňovač je citlivý na šum, takže znižuje pomer S/N a znižuje presnosť výstupného signálu.
- Výpočet tohto zosilňovača sa stáva zložitým, keď sa zvyšuje počet vstupov.
- Inverzia súčtu v tomto zosilňovači nemusí byť v niektorých prípadoch žiaduca.
Aplikácie
The aplikácie invertujúcich súčtových zosilňovačov zahŕňajú nasledujúce.
- Invertovanie sčítacieho zosilňovača pomáha pri invertovaní fázy polarity (alebo) o/p signálu zosilňovača so vstupným signálom.
- Toto je veľmi špecializovaná konfigurácia zosilňovača, kde sú vstupné signály sčítané a invertované na výstupe.
- Tento typ sčítacieho zosilňovača sa používa na sčítanie signálov.
- Tento zosilňovač sa používa na pridávanie rôznych signálov s ekvivalentným zosilnením v audio mixpulte.
- Tento sčítací zosilňovač sa používa na privedenie jednosmerného offsetového napätia cez striedavé napätie signálu.
- Môže tiež fungovať ako odčítač jednoduchým poskytnutím o/p napätia, ktoré je ekvivalentné variácii dvoch napätí.
Toto je prehľad invertujúceho zosilňovača, obvodov, fungovania, odvodenia, výhod, nevýhod a aplikácií. Hlavnou funkciou tohto zosilňovača je invertovať fázu o/p signálu. Títo zosilňovače majú nízku výstupnú impedanciu, vysokú vstupnú impedanciu a veľmi flexibilné hodnoty obvodu, ktoré možno ľahko upraviť tak, aby zvládli zosilnenie každého vstupného signálu.
Operačný zosilňovač v súčte obvod zosilňovača určuje jeho správanie. Operačný zosilňovač v tomto zosilňovači pracuje v režime napäťového sledovača alebo invertora. Rovnica tohto zosilňovača jednoducho označuje o / p napätie, ktoré je relatívne k vstupným napätiam, ako aj k odporom v obvode. Tieto sčítacie zosilňovače sa používajú v rôznych praktických aplikáciách, ako sú; audio mixpulty, kde sú rôzne vstupné signály zlúčené do jedného výstupu. Tu je otázka pre vás, čo je to neinvertujúci sčítací zosilňovač?
