Viena iš pagrindinių op-amp programų yra sumavimo stiprintuvas arba sumatorius. Kai operatyvinio stiprintuvo įvesties varža yra didžiulė, invertuojančiam stiprintuvui tiekiamas aukščiau vienas įvesties signalas, kad būtų pridėtas duotas signalas išėjime, žinomas kaip sumavimo stiprintuvas. Tai yra operacinės stiprintuvo grandinė, kur prie jos pridedami skirtingi įtampos įvesties signalai invertuojantis stiprintuvas į vieną išėjimo įtampą. Taigi, ši grandinė pagal išvesties ženklą skirstoma į du tipus; invertuojantis sumavimo stiprintuvas ir neinvertuojantis sumavimo stiprintuvas. Šiame straipsnyje pateikiama trumpa informacija apie invertuojantis sumavimo stiprintuvas , jo veikimas ir programos.
Kas yra invertuojantis sumavimo stiprintuvas?
Invertuojantis sumavimo stiprintuvas yra viena iš pagrindinių operacinės stiprintuvo konfigūracijų, kai įvesties signalai sumuojami ir apverčiami išvestyje. Šis stiprintuvas apverčia išėjimo signalo fazę arba poliškumą, palyginti su įvesties signalu. Šioje stiprintuvo konfigūracijoje operatyvinio stiprintuvo invertuojantis įėjimas gauna įvesties įtampą, o neinvertuojantis įėjimas yra prijungtas prie GND. Taigi, šio stiprintuvo stiprinimą galima valdyti pasirenkant grįžtamojo ryšio rezistorių ir įvesties rezistorių reikšmes.
Op-Amp vaidmuo sumavimo stiprintuve:
Sumuojant stiprintuvo grandinę, operacinis stiprintuvas arba operacinis stiprintuvas vaidina pagrindinį vaidmenį. Op-amp supratimas nulems sumavimo stiprintuvo elgesį. Operatyvinis stiprintuvas yra didelio stiprinimo įtampos stiprintuvas, turintis diferencialinį įvestį ir vieno galo išvestį. Op-amp išėjimo įtampa yra proporcinga dviejų įėjimo įtampų pokyčiams.
Operacinis stiprintuvas sumuojančiame stiprintuve naudojamas dviem skirtingais režimais; įtampos sekiklio ir keitiklio režimas.
- Įtampos sekimo režimu operatyvinio stiprintuvo išėjimo įtampa atkuria įėjimo įtampą, kad operacinis stiprintuvas būtų idealus daugiausia signalo buferiui.
- Inverterio režimu operacinės stiprintuvo išėjimo įtampa gali būti sustiprinta ir apversta į įvesties įtampą.
Sumavimo stiprintuvo veikimas labai priklauso nuo Op Amp konfigūracijos. Taigi operacinio stiprintuvo veikimas sumavimo stiprintuve užtikrina tikslų, sustiprintą ir potencialiai atvirkštinį sumavimo stiprintuvo įėjimo įtampos skaičiavimą.
Invertuojantis sumavimo stiprintuvas veikia
Šis invertuojantis sumavimo stiprintuvas veikia apversdamas stiprintuvo o/p signalo poliškumą (arba) fazę i/p signalui. Taigi, šio stiprintuvo įvesties signalas perduodamas į invertuojančią įvestį, o neinvertuojantis - į įžeminimo gnybtą. Sustiprintas išvesties signalas, kurį galima generuoti, visada yra 180° nefazinis su įėjimu. Teigiamas šio stiprintuvo įėjimas duoda neigiamą išėjimą ir atvirkščiai. Šio stiprintuvo stiprinimą galima valdyti pasirenkant grįžtamojo ryšio rezistorių ir įvesties rezistorių reikšmes. An invertuojant sumavimo stiprintuvo išvestį įtampa gali būti išreikšta taip:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
The invertuojančio sumavimo stiprintuvo stiprinimas yra stiprinimas (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Čia svarbu pažymėti, kad operatyvinio stiprintuvo sumavimo stiprintuvas taip pat gali būti sukurtas naudojant neinvertuojančią konfigūraciją. Tačiau pagrindinis skirtumas tarp invertuojančio ir neinvertuojančio sumavimo stiprintuvo yra įvestis varža . Invertuojantis sumuojantis stiprintuvas turi mažesnę įėjimo varžą, palyginti su neinvertuojančiu sumuojančiu stiprintuvu dėl grįžtamojo ryšio tinklo. Taigi šio stiprintuvo įvesties signalus galima sustiprinti pagal rezistorius, prijungtus prie operacinės stiprintuvo, o sustiprintų įvesties signalų sumą galima apversti ir matyti operacinėje stiprintuvoje.
Invertuojanti sumavimo stiprintuvo grandinė
Invertuojantis sumuojamas stiprintuvas yra plati invertuojamojo stiprintuvo konstrukcijos versija, o tai reiškia, kad į operacinės stiprintuvo invertuojamąjį gnybtą tiekiami keli įėjimai, o neinvertuojantis gnybtas yra prijungtas prie GND. Invertuojančio sumavimo stiprintuvo grandinė parodyta žemiau. Ši grandinė turi keletą įvesties įtampų, kurios yra prijungtos prie stiprintuvo invertuojamojo įvesties gnybto, o išvestis bus lygi visų įvestų įtampų, bet apverstų, suma.
Aukščiau pateiktoje grandinėje, kai neinvertuojantis terminalas yra prijungtas prie GND, invertuojantis terminalas yra virtualiame GND. Taigi invertuojantis įvesties mazgas taps idealiu mazgu daugiausia i/p srovių sumavimui.
Invertavimo sumavimo stiprintuvo lygtis
Žemiau parodytas invertuojantis sumavimo stiprintuvas, naudojant operacinį stiprintuvą. Šioje grandinėje visi pridėtiniai įvesties signalai gali būti perduoti invertuojančiam įvesties gnybtui. Taigi, grandinė su dviem įėjimais
Aukščiau pateiktoje grandinėje neinvertuojantis gnybtas arba taškas B yra įžemintas, nes dėl virtualios GND koncepcijos mazgas A taip pat gali turėti virtualų GND potencialą.
VA = VB = 0 —— (I)
Iš šios grandinės įvesties pusės;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 – (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
Taikymas A mazge, o srovė įvesties operacinėje stiprintuvoje yra lygi nuliui.
I = I1 + I2—— (iv)
Iš stiprintuvo išvesties,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Pakeiskite ii, iii lygtis iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/ R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/ R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Jei trys R1, R2 ir Rf varžos yra lygios, tada R1 = R2 = Rf, taigi aukščiau pateikta lygtis taps tokia;
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Tinkamai pasirinkę R1, R2 ir Rf, galime gauti svertinį įvesties signalų, tokių kaip; aV1 + bV2, kuri rodoma Vi lygtimi. Tiesą sakant, tokiu būdu pridedama „n“ įėjimo įtampa.
Todėl išėjimo įtampos dydis yra įvesties įtampos dydis, todėl ši grandinė yra žinoma kaip sumatorius arba vasaros grandinė. Išėjime dėl neigiamos sumos indikacijos jis vadinamas invertuojančiu sumavimo stiprintuvu.
Kaip gauti invertuojančio sumavimo stiprintuvo perdavimo funkciją
Šis stiprintuvas prideda įvesties signalus ir apverčia išvestį. Šio stiprintuvo įvesties signalai pridedami prie jų stiprinimo. Toliau pateiktoje grandinėje parodytas invertuojantis sumavimo stiprintuvas su dviem įėjimais. Šio stiprintuvo perdavimo funkcija parodyta žemiau.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Naudojant superpozicijos teorema , pradėkime padarydami V2 įvestį nuliu, kaip parodyta toliau pateiktame paveikslėlyje. Čia pagrindinis dalykas yra suprasti, kad įtampos lygis operatyvinio stiprintuvo invertuotoje įėjime yra nulis voltų, nes neinvertuojantis įėjimas yra prijungtas prie GND.
Šis operacinis stiprintuvas nustatys o/p lygį tokiai įtampai, kad jo invertuojantis įėjimas būtų panašus į neinvertuojamosios įvesties diapazoną. Taigi taip yra dėl labai didelio šio operatyvinio stiprintuvo skirtumo, pavyzdžiui, 100 000. Jei o/p yra keli voltai (5 V), diferencinė įtampa operacinio stiprintuvo įėjime turi būti
Vd = 5V/100 000 = 50uV.
Invertuojanti ir neinvertuojanti įvestis yra panašaus potencialo, kai tarp operatyvinio stiprintuvo įėjimų yra keli mikrovoltai. Virtualus GND invertuojančiame įėjime padeda nustatyti „Rf“ grįžtamojo ryšio rezistoriaus įtampos kritimą. Kadangi invertuojantis įėjimas yra 0 V, įtampos kritimas virš Rf yra panašus į Vout. Taigi, srovė visoje Rf, If gali būti parašyta kaip;
Jei = Vout/Rf
Srovės srautas visame R1 rezistoriuje yra „I1“ ir gali būti parašytas kaip ši lygtis.
I1=V1/R1
Operacinis stiprintuvas yra idealus
Operacinis stiprintuvas gali būti laikomas idealiu, todėl įvesties poslinkio srovė „Ib“ yra labai artima nuliui. Be to, rezistorius „R2“ yra sujungtas su viena koja prie GND, o kita kojelė yra prijungta prie virtualaus GND mazgo. Srovės srautas per rezistorių „R2“ yra labai artimas nuliui. Čia Kirchoffo dabartinis įstatymas sako, kad visų srovių suma mazge yra lygi nuliui, todėl galime parašyti, kad
Jei + I1 + I2 + Ib = 0
Pakeitus „If“ ir I1,
Vout / Rf = -V1 / R1 arba -V1 (Rf / R1)
Aukščiau pateikta lygtis atrodo panašiai kaip operacinės stiprintuvo perdavimo funkcija apverčiamoje konfigūracijoje. Stiprintuvas, kurio i/p yra V1, yra įprastas keitiklis, nes srovės srautas per „R2“ yra lygus nuliui.
Šiomis superpozicijos teoremos sąlygomis išsaugome „V2“ ir „V1“ padarome nuliu. Šios panašios idėjos, kaip ir „V1“, o/p įtampa Vout2, kai įvesties stiprintuve yra tik „V2“;
Vout2 = -V2 (Rf / R1)
Perdavimo funkcija:
Sudėjus dvi o/p įtampas, invertuojančio sumavimo stiprintuvo TF
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Šio stiprintuvo su „n“ įvesties signalais perdavimo funkcija yra
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
1 pavyzdys:
Tarkime, kad rezistorių vertės apverčiant sumuojamą stiprintuvą Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms. Šio stiprintuvo įvesties garso signalai yra Vinput1 = 1V ir Vinput2 = 2V, todėl apskaičiuokite šio stiprintuvo Vout.
Mes žinome, kad Rf = 100 KOhms, R1 = 10 KOhms ir R2 = 10 KOhms.
Vinput1 = 1V ir Vinput2 = 2V
Jei šias reikšmes pakeisime sumavimo stiprintuvo lygtyje, galime gauti;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30 V.
Išėjimo įtampa yra -30 voltų, tai yra sustiprintas ir įvesties signalų suma, pakoregavus varžos vertes. Įvairūs veiksniai keičia stiprintuvo išvestį, pavyzdžiui; gauti pralaidumo produktą, įtampos tiekimą ir apkrovos efektus. Tačiau aukščiau pateiktas sumavimo stiprintuvo pavyzdys suteikia įžvalgos apie pagrindinę aritmetiką ir komponentų, kurie valdo šį stiprintuvą, sąveiką. Signalų sumavimo ir stiprinimo procesas gali būti padidintas, kad kartu būtų įtraukti įvairūs signalai.
2 pavyzdys:
Kokia bus šios sumavimo stiprintuvo grandinės išėjimo įtampa, jei šį stiprintuvą valdys trys garso signalai?
Kiekvienam aukščiau nurodytos grandinės kanalui uždarojo ciklo įtampos padidėjimas gali būti išmatuotas kaip;
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 kilogramų omų / 20 kilogramų omų) => – 5 kilogramų omų.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 kilogramų omų / 10 kilogramų omų) => ACL2 = – 10 kilogramų omų.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 kilogramų omų / 50 kilogramų omų) => ACL3 = – 2 kilogramai omų.
Šio sumavimo stiprintuvo o/p įtampa gali būti pateikta kaip;
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVoltų) + (10 * 200 mVoltų) + (2 * 300 mVoltų)]
= – (0,5 voltai + 2 voltai + 0,6 voltai) => – 3,1 voltai.
Privalumai ir trūkumai
The Sumavimo stiprintuvo invertavimo pranašumai įtraukti toliau nurodytus dalykus.
- Sumavimo taškas šiame stiprintuve yra beveik ties žemės potencialu, todėl nustatymai ir signalai iš visų skirtingų kanalų vienas kitam įtakos neturi. Taip kiekvienas kanalas yra maišomas arba sumuojamas, išskyrus signalo lygį ir pan.
- Šis stiprintuvas leidžia garso ekspertams sujungti signalus iš skirtingų kanalų ir atkurti juos į vienintelį takelį. Kiekviena atskira garso įvestis konfigūruojama atskirai, netrikdant išvesties.
Šio tipo stiprintuvas izoliuoja atskirus įėjimus ir išėjimus dėl savo virtualaus GND mazge.
The Sumavimo stiprintuvo invertavimo trūkumai įtraukti toliau nurodytus dalykus.
- Pagrindinis invertuojančio sumavimo stiprintuvo trūkumas yra tas, kad jis turi gana mažesnį stiprinimą, palyginti su neinvertuojantis tipas .
- Šis stiprintuvas yra jautrus triukšmui, todėl pablogina S/N santykį ir sumažina išvesties signalo tikslumą.
- Šio stiprintuvo skaičiavimas tampa sudėtingas, kai didėja įėjimų skaičius.
- Kai kuriais atvejais sumos inversija šiame stiprintuve gali būti nepageidautina.
Programos
The invertuojančių sumavimo stiprintuvų programas įtraukti toliau nurodytus dalykus.
- Sumavimo stiprintuvo apvertimas padeda apversti stiprintuvo o/p signalo poliškumą (arba) fazę įvesties signalu.
- Tai labai specializuota stiprintuvo konfigūracija, kai įvesties signalai sumuojami ir apverčiami išvestyje.
- Šio tipo sumavimo stiprintuvas naudojamas signalams pridėti.
- Šis stiprintuvas naudojamas pridėti skirtingus signalus su lygiaverčiais garso maišytuvu.
- Šis sumavimo stiprintuvas naudojamas nuolatinės srovės poslinkio įtampai per kintamosios srovės signalo įtampą pritaikyti.
- Jis taip pat gali veikti kaip atimtuvas, tiesiog pateikdamas o/p įtampą, kuri yra lygiavertė dviejų įtampų pokyčiui.
Taigi, tai yra invertuojamojo stiprintuvo, grandinių, veikimo, išvedimo, pranašumų, trūkumų ir pritaikymo apžvalga. Pagrindinė šio stiprintuvo funkcija yra invertuoti o/p signalo fazę. Šie stiprintuvai turi mažą išėjimo varžą, didelę įėjimo varžą ir labai lanksčias grandinės reikšmes, kurias galima lengvai reguliuoti, kad būtų galima valdyti kiekvieną įvesties signalo stiprinimą.
Operacinis stiprintuvas sumuojant stiprintuvo grandinė nustato jo elgesys. Šio stiprintuvo operatyvinis stiprintuvas veikia įtampos sekimo arba keitiklio režimu. Šio stiprintuvo lygtis tiesiog nurodo o/p įtampą, kuri yra susijusi su įėjimo įtampa, taip pat rezistorius grandinėje. Šie sumavimo stiprintuvai naudojami įvairiose praktinėse srityse, pvz. garso maišytuvai, kur skirtingi įvesties signalai sujungiami į vieną išvestį. Čia tau klausimas, kas yra neinvertuojantis sumuojantis stiprintuvas?
