Una de les principals aplicacions de l'amplificador operatiu és el amplificador sumador o sumador. Quan la impedància d'entrada de l'amplificador operacional és enorme, es proporciona un senyal d'entrada a l'amplificador inversor per afegir el senyal donat a la sortida, conegut com a amplificador sumador. Aquest és un circuit d'amplificador operatiu on s'afegeixen diferents senyals d'entrada de voltatge amplificador inversor en una única tensió de sortida. Així, aquest circuit es classifica en dos tipus segons el signe de la sortida; amplificador sumador inversor i amplificador sumador no inversor. Aquest article proporciona informació breu sobre un amplificador sumador inversor , el seu funcionament i les seves aplicacions.
Què és l'amplificador de suma inversor?
Un amplificador sumador inversor és una de les principals configuracions d'amplificador operacional on els senyals d'entrada es sumen i s'inverteixen a la sortida. Aquest amplificador inverteix la fase o la polaritat del senyal de sortida en comparació amb el senyal d'entrada. En aquesta configuració de l'amplificador, l'entrada inversora de l'amplificador operatiu obté la tensió d'entrada i l'entrada no inversora es connecta a GND. Així, el guany d'aquest amplificador es pot controlar mitjançant l'elecció dels valors de la resistència de retroalimentació i la resistència d'entrada.
Funció de l'amplificador operacional en l'amplificador de suma:
En sumant el circuit amplificador, l'amplificador operatiu o amplificador operacional té un paper clau. La comprensió de l'amplificador operatiu determinarà el comportament de l'amplificador sumador. Un amplificador operatiu és un amplificador de tensió d'alt guany que inclou una entrada diferencial i una sortida d'un sol extrem. La tensió de sortida de l'amplificador operatiu és proporcional a la variació dins de les dues tensions d'entrada.
L'amplificador operacional en un amplificador sumador s'utilitza en dos modes diferents; Mode seguidor de tensió i inversor.
- En el mode seguidor de tensió, la tensió de sortida de l'amplificador operatiu reprodueix la tensió d'entrada per fer que l'amplificador operacional sigui ideal principalment per a la memòria intermèdia de senyal.
- En el mode inversor, la tensió de sortida de l'amplificador operatiu es pot amplificar i invertir a la tensió d'entrada.
El funcionament de l'amplificador de suma depèn molt de la configuració de l'amplificador operacional. Així, el funcionament de l'amplificador operacional a l'amplificador sumador proporciona un càlcul precís, amplificat i potencialment invertit de les tensions d'entrada proporcionades a l'amplificador sumador.
Funcionament de l'amplificador sumador inversor
Aquest amplificador sumador inversor funciona invertint la polaritat (o) fase del senyal o/p de l'amplificador per al senyal i/p. Per tant, el senyal d'entrada d'aquest amplificador es dóna a l'entrada inversora i l'entrada no inversora es dóna al terminal de terra. El senyal de sortida amplificat que es pot generar sempre està 180° desfasat amb l'entrada. Una entrada positiva d'aquest amplificador produeix una sortida negativa i viceversa. El guany d'aquest amplificador es pot controlar seleccionant els valors de la resistència de retroalimentació i la resistència d'entrada. An sortida de l'amplificador sumador invertit La tensió es pot expressar com:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
El guany de l'amplificador sumador inversor és Guany (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Aquí és important tenir en compte que, l'amplificador de suma de l'amplificador operatiu també es pot dissenyar mitjançant la configuració sense inversió. Però la principal distinció entre l'amplificador sumador inversor i no inversor és l'entrada impedància . Un amplificador sumador inversor té menys impedància d'entrada en comparació amb un amplificador sumador no inversor a causa de la xarxa de retroalimentació. Així, els senyals d'entrada d'aquest amplificador es poden amplificar en funció de les resistències connectades a l'amplificador operatiu i la suma dels senyals d'entrada amplificats es pot invertir i es pot veure a l'amplificador operatiu.
Circuit amplificador sumador inversor
L'amplificador de suma inversora és una versió extensa del disseny de l'amplificador inversor, la qual cosa significa que es proporcionen diverses entrades al terminal inversor de l'amplificador operatiu mentre que el terminal no inversor està connectat a GND. A continuació es mostra el circuit amplificador sumador inversor. Aquest circuit té diverses tensions d'entrada que estan connectades al terminal d'entrada inversor de l'amplificador i la sortida serà la quantitat de totes les tensions d'entrada aplicades però invertides.
Al circuit anterior, quan el terminal no inversor està connectat a GND, el terminal inversor es troba a GND virtual. Així, el node d'entrada inversor es convertirà en un node ideal principalment per sumar els corrents i/p.
Equació de l'amplificador sumador inversor
A continuació es mostra l'amplificador sumador inversor que utilitza l'amplificador operatiu. En aquest circuit, tots els senyals d'entrada afegits es poden donar al terminal d'entrada inversor. Per tant, el circuit amb dues entrades
Al circuit anterior, el terminal no inversor o el punt B està connectat a terra, a causa del concepte GND virtual, el node-A també pot estar al potencial GND virtual.
VA = VB = 0 —— (I)
Des del costat d'entrada d'aquest circuit;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
L'aplicació al node A i el corrent a l'amplificador operacional d'entrada és zero.
I = I1 + I2—— (iv)
Des de la sortida de l'amplificador,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Substituïu les equacions ii, iii a iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/ R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Si les tres resistències R1, R2 i Rf són iguals, llavors R1= R2 = Rf, de manera que l'equació anterior es convertirà en;
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Si seleccioneu correctament R1, R2 i Rf, podem obtenir una suma ponderada dels senyals d'entrada com ara; aV1 + bV2 que s'indica amb l'equació Vi. De fet, d'aquesta manera, s'afegeixen 'n' tensions d'entrada.
Per tant, la magnitud de la tensió de sortida és la quantitat de les tensions d'entrada i, per tant, aquest circuit es coneix com a sumador o circuit d'estiu. A la sortida, a causa de la indicació negativa de la suma, es coneix com a amplificador sumador inversor.
Com derivar la funció de transferència de l'amplificador de suma inversora
Aquest amplificador afegeix els senyals d'entrada i inverteix la sortida. Els senyals d'entrada d'aquest amplificador s'afegeixen amb el seu guany. El circuit següent mostra l'amplificador sumador inversor que inclou dues entrades. La funció de transferència d'aquest amplificador es mostra a continuació.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Utilitzant el teorema de superposició , comencem fent que l'entrada V2 sigui zero tal com es mostra a la figura següent. Aquí el punt principal és entendre que el nivell de tensió a l'entrada inversora de l'amplificador operatiu és de zero volts perquè l'entrada no inversora està connectada a GND.
Aquest amplificador operacional establirà el nivell o/p a una tensió que porti la seva entrada inversora a un rang similar a l'entrada no inversora. Així que això es deu al guany diferencial molt alt d'aquest amplificador operatiu com 100.000. Si l'o/p és d'uns pocs volts (5 V), la tensió diferencial a l'entrada de l'amplificador operacional ha de ser
Vd = 5V/100.000 = 50uV.
L'entrada inversora i no inversora es considera a un potencial similar amb pocs microvolts entre les entrades de l'amplificador operatiu. El GND virtual dins de l'entrada inversora ajuda a determinar la caiguda de tensió a la resistència de retroalimentació 'Rf'. Com que l'entrada inversora és a 0 V, la caiguda de tensió per sobre de Rf és similar a Vout. Així, el corrent al llarg de Rf, If es pot escriure com;
Si = Vout/Rf
El flux de corrent a través de la resistència R1 és el corrent 'I1' i es pot escriure com l'equació següent.
I1=V1/R1
L'amplificador operacional és ideal
L'amplificador operacional es pot considerar ideal, de manera que el corrent de polarització d'entrada 'Ib' és molt proper a zero. A més, la resistència 'R2' està connectada amb una sola pota a GND mentre que l'altra cama està connectada a un node GND virtual. El flux de corrent a través de la resistència 'R2' és molt proper a zero. Aquí la llei actual de Kirchoff diu que la suma de tots els corrents dins d'un node és zero, per tant podem escriure que,
Si + I1 + I2 + Ib = 0
Després de substituir 'Si' i I1,
Vout/Rf = -V1/R1 o -V1 (Rf/R1)
L'equació anterior s'assembla a la funció de transferència d'amplificador operacional en una configuració inversora. L'amplificador que inclou V1 al seu i/p és un inversor normal, ja que el flux de corrent al llarg de 'R2' és zero.
En les següents condicions del teorema de superposició, emmagatzemem 'V2' i fem que 'V1' sigui zero. Les següents idees similars a 'V1', la tensió o/p Vout2 sempre que només hi hagi 'V2' dins de l'amplificador d'entrada és;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Funció de transferència:
Afegint els dos voltatges o/p, el T.F de l'amplificador sumador invertit
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
La funció de transferència d'aquest amplificador amb 'n' senyals d'entrada és
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Exemple 1:
Suposem els valors de les resistències per invertir l'amplificador sumador Rf = 100KOhms, R1=10KOhms i R2=10KOhms. Els senyals d'àudio d'entrada d'aquest amplificador són Vinput1 = 1V i Vinput2 = 2V, així que calculeu Vout per a aquest amplificador.
Sabem que Rf = 100KOhms, R1=10KOhms i R2=10KOhms.
Vinput1 = 1V i Vinput2 = 2V
Si substituïm aquests valors en l'equació de l'amplificador sumador, podem obtenir;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
La tensió de sortida és de -30 volts, que és una amplificació i suma dels senyals d'entrada després de l'ajust dels valors de la resistència. Diferents factors canvien la sortida d'un amplificador com; guanyi producte d'ample de banda, subministrament de tensió i efectes de càrrega. Tanmateix, l'exemple anterior d'un amplificador sumador proporciona una visió de l'aritmètica i la interacció fonamentals dels components que condueixen aquest amplificador. El procés de suma i amplificació de senyals es pot ampliar per incloure diversos senyals conjuntament.
Exemple 2:
Quina serà la tensió de sortida del següent circuit amplificador sumador si tres senyals d'àudio condueixen aquest amplificador?
Per a cada canal del circuit anterior, els guanys de tensió de bucle tancat es poden mesurar com;
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 quilo ohms / 20 quilo ohms) => – 5 quilo ohms.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 quilo ohms / 10 quilo ohms) => ACL2 = – 10 quilo ohms.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 quilo ohms / 50 quilo ohms) => ACL3 = – 2 quilo ohms.
La tensió o/p per a aquest amplificador sumador es pot donar com a;
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVolts) + (10 * 200 mVolts) + (2 * 300 mVolts)]
= – (0,5 Volts + 2 Volts + 0,6 Volts) => – 3,1 Volts.
Avantatges i desavantatges
El avantatges d'invertir un amplificador sumador incloure el següent.
- El punt de suma d'aquest amplificador està virtualment al potencial de la terra i, per tant, la configuració i els senyals de cada canal diferent no s'influeixen mútuament. D'aquesta manera, cada canal es barreja o es suma a part del nivell de senyal, etc.
- Aquest amplificador permet als experts en àudio combinar senyals de diferents canals i reproduir-los en una única pista. Cada entrada d'àudio es configura per separat sense pertorbar la sortida.
Aquest tipus d'amplificador proporciona aïllament entre les entrades i les sortides individuals a causa del seu GND virtual al node.
El desavantatges d'invertir un amplificador sumador incloure el següent.
- El principal desavantatge d'un amplificador sumador inversor és que té un guany força menor en comparació amb el tipus no inversor .
- Aquest amplificador és sensible al soroll, de manera que degrada la relació S/N i disminueix la precisió del senyal de sortida.
- El càlcul d'aquest amplificador es fa complex quan augmenta el nombre d'entrades.
- La inversió de la suma en aquest amplificador pot no ser desitjable en alguns casos.
Aplicacions
El aplicacions de l'amplificador sumador inversor incloure el següent.
- Invertir l'amplificador sumador ajuda a invertir la polaritat (o) fase del senyal o/p de l'amplificador amb el senyal d'entrada.
- Aquesta és una configuració d'amplificador molt especialitzada allà on es sumen i s'inverteixen els senyals d'entrada a la sortida.
- Aquest tipus d'amplificador sumador s'utilitza per afegir els senyals.
- Aquest amplificador s'utilitza per afegir diferents senyals amb guanys equivalents al mesclador d'àudio.
- Aquest amplificador sumador s'utilitza per aplicar una tensió de compensació de CC a través d'una tensió de senyal de CA.
- També pot funcionar com a subtractor proporcionant simplement una tensió o/p que és equivalent a la variació de dos voltatges.
Per tant, aquesta és una visió general d'un amplificador inversor, circuits, funcionament, derivació, avantatges, desavantatges i aplicacions. La funció principal d'aquest amplificador és invertir la fase del senyal o/p. Aquests amplificadors tenen una baixa impedància de sortida, una alta impedància d'entrada i uns valors de circuit molt flexibles que es poden ajustar fàcilment per gestionar el guany de cada senyal d'entrada.
L'amplificador operacional a la suma circuit amplificador determina el seu comportament. L'amplificador operacional d'aquest amplificador funciona en mode seguidor de tensió o inversor. L'equació d'aquest amplificador simplement indica la tensió o/p relativa a les tensions d'entrada, així com les resistències dins del circuit. Aquests amplificadors sumadors s'utilitzen en diferents aplicacions pràctiques com; mescladors d'àudio, sempre que diferents senyals d'entrada es fusionin en una única sortida. Aquí teniu una pregunta per a vosaltres, què és un amplificador sumador no inversor?
