Одним из основных применений операционного усилителя является суммирующий усилитель или сумматор. Когда входное сопротивление операционного усилителя огромно, на инвертирующий усилитель подается более одного входного сигнала для сложения заданного сигнала на выходе, известного как суммирующий усилитель. Это схема на операционном усилителе, в которой к входному сигналу добавляются различные входные сигналы напряжения. инвертирующий усилитель в одно выходное напряжение. Итак, эта схема подразделяется на два типа в зависимости от знака выходного сигнала; инвертирующий суммирующий усилитель и неинвертирующий суммирующий усилитель. В этой статье представлена краткая информация о инвертирующий суммирующий усилитель , его работа и его приложения.
Что такое инвертирующий суммирующий усилитель?
Инвертирующий суммирующий усилитель — это одна из основных конфигураций ОУ, в которой входные сигналы суммируются и инвертируются на выходе. Этот усилитель инвертирует фазу или полярность выходного сигнала по сравнению с входным сигналом. В этой конфигурации усилителя инвертирующий вход операционного усилителя получает входное напряжение, а неинвертирующий вход подключен к заземлению. Таким образом, коэффициентом усиления этого усилителя можно управлять путем выбора номиналов резистора обратной связи и входного резистора.
Роль операционного усилителя в суммирующем усилителе:
В схеме суммирующего усилителя операционный усилитель или операционный усилитель играет ключевую роль. Понимание операционного усилителя определит поведение суммирующего усилителя. Операционный усилитель — это усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, включающий дифференциальный вход и несимметричный выход. Выходное напряжение операционного усилителя пропорционально изменению двух входных напряжений.
Операционный усилитель в суммирующем усилителе используется в двух разных режимах; Повторитель напряжения и режим инвертора.
- В режиме повторителя напряжения выходное напряжение операционного усилителя воспроизводит входное напряжение, что делает операционный усилитель идеальным главным образом для буферизации сигнала.
- В режиме инвертора выходное напряжение операционного усилителя может быть усилено и инвертировано во входное напряжение.
Работа суммирующего усилителя сильно зависит от конфигурации операционного усилителя. Таким образом, работа операционного усилителя в суммирующем усилителе обеспечивает точный, усиленный и потенциально инвертированный расчет входных напряжений, подаваемых на суммирующий усилитель.
Инвертирующий суммирующий усилитель работает
Этот инвертирующий суммирующий усилитель работает путем инвертирования полярности (или) фазы сигнала o/p усилителя для сигнала i/p. Таким образом, входной сигнал этого усилителя подается на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход подается на клемму заземления. Усиленный выходной сигнал, который может быть сгенерирован, всегда сдвинут по фазе с входным на 180°. Положительный вход этого усилителя дает отрицательный выход и наоборот. Коэффициентом усиления этого усилителя можно управлять, выбирая номиналы резистора обратной связи и входного резистора. Ан выход инвертирующего суммирующего усилителя напряжение можно выразить как:
Vвых = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vвходn
коэффициент усиления инвертирующего суммирующего усилителя усиление (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Здесь важно отметить, что суммирующий усилитель на операционном усилителе также может быть спроектирован в неинвертирующей конфигурации. Но основным различием между инвертирующим и неинвертирующим суммирующим усилителем является входной сигнал. импеданс . Инвертирующий суммирующий усилитель имеет меньший входной импеданс по сравнению с неинвертирующим суммирующим усилителем из-за сети обратной связи. Таким образом, входные сигналы этого усилителя могут быть усилены с помощью резисторов, подключенных к операционному усилителю, а сумма усиленных входных сигналов может быть инвертирована и отображена на операционном усилителе.
Схема инвертирующего суммирующего усилителя
Инвертирующий суммирующий усилитель представляет собой расширенную версию конструкции инвертирующего усилителя, что означает, что на инвертирующую клемму операционного усилителя подается несколько входов, а неинвертирующая клемма подключена к заземлению. Схема инвертирующего суммирующего усилителя показана ниже. Эта схема имеет несколько входных напряжений, которые подключены к инвертирующему входному разъему усилителя, и выходной сигнал будет суммой всех приложенных входных напряжений, но инвертированных.
В приведенной выше схеме, когда неинвертирующая клемма подключена к GND, инвертирующая клемма находится на виртуальном заземлении. Таким образом, узел инвертирующего входа станет идеальным узлом главным образом для суммирования токов i/p.
Уравнение инвертирующего суммирующего усилителя
Инвертирующий суммирующий усилитель на операционном усилителе показан ниже. В этой схеме все добавленные входные сигналы могут быть поданы на инвертирующий входной разъем. Итак, схема с двумя входами
В приведенной выше схеме неинвертирующая клемма или точка B заземлена, поскольку благодаря концепции виртуального GND узел A также может находиться под потенциалом виртуального GND.
ВА = ВБ = 0 —— (I)
Со стороны входа этой схемы;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/R2 —— (iii)
Подача сигнала на узел A и ток на входном операционном усилителе равен нулю.
I = I1 + I2—— (iv)
С выхода усилителя
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Замените уравнения ii, iii в iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf/R1) V1 + (Rf/R2) V2).
Если три сопротивления R1, R2 и Rf равны, то R1 = R2 = Rf, поэтому приведенное выше уравнение примет вид:
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Правильно выбрав R1, R2 и Rf, мы можем получить взвешенное сложение входных сигналов, таких как; aV1 + bV2, что указано уравнением Vi. Фактически таким образом суммируются n входных напряжений.
Следовательно, величина выходного напряжения равна сумме входных напряжений, и поэтому эта схема известна как сумматорная или суммирующая схема. На выходе из-за отрицательной индикации суммы он известен как инвертирующий суммирующий усилитель.
Как получить передаточную функцию инвертирующего суммирующего усилителя
Этот усилитель суммирует входные сигналы и инвертирует выходной. Входные сигналы в этом усилителе суммируются с их коэффициентом усиления. На следующей схеме показан инвертирующий суммирующий усилитель с двумя входами. Передаточная функция этого усилителя показана ниже.
Vвых = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Используя теорема суперпозиции , давайте начнем с того, что обнулим вход V2, как показано на следующем рисунке. Здесь главное понять, что уровень напряжения на инвертирующем входе ОУ равен нулю вольт, поскольку неинвертирующий вход подключен к GND.
Этот операционный усилитель установит уровень выходного напряжения на уровне напряжения, которое приведет его инвертирующий вход в диапазон, аналогичный диапазону неинвертирующего входа. Так это из-за очень высокого дифференциального усиления этого операционного усилителя, около 100 000. Если O/P составляет несколько вольт (5 В), дифференциальное напряжение на входе операционного усилителя должно быть равно
Vd = 5 В/100 000 = 50 мкВ.
Инвертирующий и неинвертирующий входы считаются имеющими одинаковый потенциал с небольшим количеством микровольт между входами операционного усилителя. Виртуальное заземление инвертирующего входа помогает определить падение напряжения на резисторе обратной связи Rf. Поскольку инвертирующий вход имеет напряжение 0 В, падение напряжения выше Rf аналогично Vout. Таким образом, ток по всему Rf, If можно записать как;
Если = Vout/Rf
Ток через резистор R1 равен току I1 и может быть записан следующим уравнением.
И1=В1/Р1
Операционный усилитель идеален
Операционный усилитель можно считать идеальным, поэтому входной ток смещения Ib очень близок к нулю. Кроме того, резистор «R2» подключен одной ветвью к GND, тогда как другая ветвь подключена к виртуальному узлу GND. Ток через резистор R2 очень близок к нулю. Здесь закон тока Кирхгофа гласит, что сумма всех токов внутри узла равна нулю, поэтому мы можем написать это:
Если + I1 + I2 + Ib = 0
После замены «Если» и I1,
Vout/Rf = -V1/R1 или -V1 (Rf/R1)
Приведенное выше уравнение похоже на передаточную функцию операционного усилителя в инвертирующей конфигурации. Усилитель, включающий V1 в свой i/p, представляет собой обычный инвертор, поскольку ток через R2 равен нулю.
В следующих условиях теоремы суперпозиции мы сохраняем «V2» и делаем «V1» нулевым. Следующие идеи аналогичны идеям для «V1», выходное напряжение Vout2, когда во входном усилителе есть только «V2»;
Vвых2 = -V2 (Rf/R1)
Функция передачи:
Путем сложения двух выходных напряжений TF инвертирующего суммирующего усилителя
Выход = Выход1 + Выход2
Vвых = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Передаточная функция этого усилителя с n входными сигналами равна
Vвых = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Пример1:
Примем номиналы резисторов инвертирующего суммирующего усилителя Rf = 100КОм, R1=10КОм и R2=10КОм. Входные аудиосигналы этого усилителя: Vinput1 = 1 В и Vinput2 = 2 В, поэтому рассчитайте Vout для этого усилителя.
Мы знаем, что Rf = 100 КОм, R1=10 КОм и R2=10 КОм.
Выход 1 = 1 В и Выход 2 = 2 В
Если мы подставим эти значения в уравнение суммирующего усилителя, мы сможем получить;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30В.
Выходное напряжение составляет -30 В, которое представляет собой усиление и суммирование входных сигналов после регулировки значений сопротивления. Различные факторы меняют выходную мощность усилителя, например; усиление полосы пропускания, напряжение питания и эффекты нагрузки. Однако приведенный выше пример суммирующего усилителя дает представление о фундаментальной арифметике и взаимодействии компонентов, которые управляют этим усилителем. Процесс суммирования и усиления сигналов можно масштабировать для совместного включения различных сигналов.
Пример2:
Каким будет выходное напряжение следующей схемы суммирующего усилителя, если на этот усилитель подаются три звуковых сигнала?
Для каждого канала в приведенной выше схеме коэффициент усиления напряжения с обратной связью можно измерить как:
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 килоом / 20 килоом) => – 5 килоом.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 килоом / 10 килоом) => ACL2 = – 10 килоом.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 килоом / 50 килоом) => ACL3 = – 2 килоом.
Выходное напряжение для этого суммирующего усилителя можно определить как:
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 мВ) + (10 * 200 мВ) + (2 * 300 мВ)]
= – (0,5 Вольт + 2 Вольт + 0,6 Вольт) => – 3,1 Вольт.
Преимущества недостатки
Преимущества инвертирующего суммирующего усилителя включая следующее.
- Точка суммирования в этом усилителе практически находится под потенциалом земли, и поэтому настройки, а также сигналы всех каналов не влияют друг на друга. Таким образом, каждый канал микшируется или суммируется отдельно от уровня сигнала и т. д.
- Этот усилитель позволяет специалистам по звуку объединять сигналы разных каналов и воспроизводить их в одну дорожку. Каждый аудиовход настраивается отдельно, не нарушая выходной сигнал.
Этот тип усилителя обеспечивает изоляцию между отдельными входами и выходами благодаря виртуальному заземлению в узле.
Недостатки инвертирующего суммирующего усилителя включая следующее.
- Основным недостатком инвертирующего суммирующего усилителя является то, что он имеет значительно меньший коэффициент усиления по сравнению с инвертирующим суммирующим усилителем. неинвертирующий тип .
- Этот усилитель чувствителен к шуму, поэтому он ухудшает соотношение сигнал/шум и снижает точность выходного сигнала.
- Расчет этого усилителя усложняется при увеличении количества входов.
- В некоторых случаях инверсия суммы в этом усилителе может оказаться нежелательной.
Приложения
Применение инвертирующего суммирующего усилителя включая следующее.
- Инвертирование суммирующего усилителя помогает инвертировать полярность (или) фазу о/р-сигнала усилителя с входным сигналом.
- Это очень специализированная конфигурация усилителя, в которой входные сигналы суммируются и инвертируются на выходе.
- Этот тип суммирующего усилителя используется для сложения сигналов.
- Этот усилитель используется для добавления различных сигналов с эквивалентным усилением в аудиомикшер.
- Этот суммирующий усилитель используется для подачи напряжения смещения постоянного тока через напряжение сигнала переменного тока.
- Он также может работать как вычитатель, просто обеспечивая выходное напряжение, которое эквивалентно изменению двух напряжений.
Таким образом, это обзор инвертирующего усилителя, схем, работы, вывода, преимуществ, недостатков и приложений. Основная функция этого усилителя — инвертировать фазу сигнала o/p. Эти усилители имеют низкий выходной импеданс, высокий входной импеданс и очень гибкие значения схемы, которые можно легко настроить для обработки каждого входного сигнала.
Операционный усилитель в суммирующем Схема усилителя определяет его поведение. Операционный усилитель в этом усилителе работает в режиме повторителя напряжения или инвертора. Уравнение этого усилителя просто указывает рабочее напряжение, которое зависит от входных напряжений, а также от резисторов в цепи. Эти суммирующие усилители используются в различных практических приложениях, таких как; аудиомикшеры, где разные входные сигналы объединяются в один выход. Вот вам вопрос, что такое неинвертирующий суммирующий усилитель?
