Yksi op-ampin pääsovelluksista on summaava vahvistin tai lisäin. Kun operaatiovahvistimen tuloimpedanssi on valtava, yhden yläpuolella tulosignaali syötetään invertoivaan vahvistimeen, jotta saadaan lisätty ulostuloon annettu signaali, joka tunnetaan summavahvistimena. Tämä on operaatiovahvistinpiiri, jossa eri jännitetulosignaaleja lisätään invertoiva vahvistin yhdeksi lähtöjännitteeksi. Joten tämä piiri luokitellaan kahteen tyyppiin lähdön merkin perusteella; invertoiva summaava vahvistin ja ei-invertoiva summaava vahvistin. Tämä artikkeli sisältää lyhyttä tietoa an invertoiva summaava vahvistin , sen toiminta ja sovellukset.
Mikä on invertoiva summaava vahvistin?
Invertoiva summaava vahvistin on yksi tärkeimmistä operaatiovahvistinkokoonpanoista, joissa tulosignaalit summataan ja käännetään lähdössä. Tämä vahvistin muuttaa lähtösignaalin vaiheen tai polariteetin tulosignaaliin verrattuna. Tässä vahvistinkokoonpanossa operaatiovahvistimen invertoiva tulo saa tulojännitteen ja ei-invertoiva tulo on kytketty GND:hen. Näin ollen tämän vahvistimen vahvistusta voidaan ohjata valitsemalla takaisinkytkentävastuksen ja tulovastuksen arvot.
Op-Amp rooli summausvahvistimessa:
Summaavassa vahvistinpiirissä operaatiovahvistin tai operaatiovahvistin on keskeinen rooli. Op-vahvistimen ymmärtäminen määrittää summausvahvistimen käyttäytymisen. Operaatiovahvistin on korkean vahvistuksen jännitevahvistin, joka sisältää differentiaalitulon ja yksipäisen ulostulon. Operaatiovahvistimen lähtöjännite on verrannollinen vaihteluun kahden tulojännitteen sisällä.
Summausvahvistimen operaatiovahvistinta käytetään kahdessa eri tilassa; jänniteseuraaja ja invertteritila.
- Jänniteseuraajatilassa operaatiovahvistimen lähtöjännite toistaa tulojännitteen, jotta operaatiovahvistin on ihanteellinen pääasiassa signaalin puskurointiin.
- Invertteritilassa operaatiovahvistimen lähtöjännite voidaan vahvistaa ja kääntää sisääntulojännitteeksi.
Summausvahvistimen toiminta on erittäin riippuvainen Op Amp -kokoonpanosta. Joten operaatiovahvistimen toiminta summausvahvistimessa tarjoaa tarkan, vahvistetun ja mahdollisesti käänteisen laskennan summausvahvistimeen syötetyistä tulojännitteistä.
Invertoiva summausvahvistin toimii
Tämä invertoiva summaava vahvistin toimii invertoimalla i/p-signaalin vahvistimen o/p-signaalin polariteetti (tai vaihe). Joten tämän vahvistimen tulosignaali annetaan invertoivalle tulolle ja ei-invertoiva tulo annetaan maaliittimeen. Vahvistettu lähtösignaali, joka voidaan muodostaa, on aina 180° epävaiheessa tuloon nähden. Tämän vahvistimen positiivinen tulo tuottaa negatiivisen ulostulon ja päinvastoin. Tämän vahvistimen vahvistusta voidaan säätää valitsemalla takaisinkytkentävastuksen ja tulovastuksen arvot. An invertoiva summaava vahvistimen lähtö jännite voidaan ilmaista seuraavasti:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
The invertoivan summaavan vahvistimen vahvistus on vahvistus (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Tässä on tärkeää huomata, että op-amp-summausvahvistin voidaan suunnitella myös Non-Inverting-konfiguraation kautta. Mutta suurin ero invertoivan ja ei-invertoivan summausvahvistimen välillä on tulo impedanssi . Invertoivalla summausvahvistimella on vähemmän tuloimpedanssia verrattuna ei-invertoivaan summaavahvistimeen takaisinkytkentäverkon vuoksi. Joten tämän vahvistimen tulosignaaleja voidaan vahvistaa op-vahvistimeen kytkettyjen vastusten perusteella ja vahvistettujen tulosignaalien summa voidaan kääntää ja tulla näkyviin operaatiovahvistimessa.
Invertoiva summaava vahvistinpiiri
Invertoiva summaava vahvistin on laaja versio invertoivasta vahvistimesta, mikä tarkoittaa, että operaatiovahvistimen invertoivaan liittimeen on kytketty useita tuloja, kun taas ei-invertoiva liitin on kytketty GND:hen. Invertoiva summaava vahvistinpiiri on esitetty alla. Tässä piirissä on useita tulojännitteitä, jotka on kytketty vahvistimen invertoivaan tuloliittimeen ja lähtö on kaikkien käytettyjen tulojännitteiden määrä, mutta käänteinen.
Yllä olevassa piirissä, kun ei-invertoiva liitin on kytketty GND:hen, invertoiva pääte on virtuaalisessa GND:ssä. Siten invertoivasta tulosolmusta tulee ihanteellinen solmu pääasiassa i/p-virtojen summaamiseen.
Invertoiva summausvahvistinyhtälö
Invertoiva summaava vahvistin operaatiovahvistimella on esitetty alla. Tässä piirissä kaikki lisätyt tulosignaalit voidaan antaa invertoivalle tuloliittimelle. Joten piiri, jossa on kaksi tuloa
Yllä olevassa piirissä ei-invertoiva liitin eli piste B on maadoitettu, koska virtuaalisen GND-konseptin vuoksi solmu-A voi olla myös virtuaalisessa GND-potentiaalissa.
VA = VB = 0 —— (I)
Tämän piirin tulopuolelta;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/R2 —— (iii)
Sovellus solmussa A ja virta sisääntulon operaatiovahvistimessa on nolla.
I = I1 + I2—— (iv)
Vahvistimen lähdöstä,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Korvaa yhtälöt ii, iii kohdassa iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Jos kolme R1-, R2- ja Rf-vastusta ovat yhtä suuret, R1= R2 = Rf, joten yllä olevasta yhtälöstä tulee kuin;
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Valitsemalla R1, R2 & Rf oikein, voimme saada painotetun lisäyksen tulosignaaleista, kuten; aV1 + bV2, joka ilmaistaan Vi-yhtälöllä. Itse asiassa tällä tavalla 'n' tulojännitettä lisätään.
Siksi lähtöjännitteen suuruus on tulojännitteiden määrä, joten tämä piiri tunnetaan summaimena tai kesäpiirinä. Ulostulossa se tunnetaan summan negatiivisen ilmaisun vuoksi invertoivana summaavana vahvistimena.
Invertoivan summaavan vahvistimen siirtofunktion johtaminen
Tämä vahvistin lisää tulosignaalit ja kääntää lähdön. Tämän vahvistimen tulosignaalit lisätään niiden vahvistuksella. Seuraava piiri näyttää invertoivan summausvahvistimen, joka sisältää kaksi tuloa. Tämän vahvistimen siirtotoiminto on esitetty alla.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Käyttämällä superpositiolause , aloitetaan tekemällä V2-syötteestä nolla seuraavan kuvan mukaisesti. Tässä tärkein asia on ymmärtää, että jännitetaso operaatiovahvistimen invertoivassa sisääntulossa on nolla volttia, koska ei-invertoiva tulo on kytketty GND:hen.
Tämä operaatiovahvistin asettaa o/p-tason jännitteelle, joka tuo sen invertoivan tulon samanlaiselle alueelle kuin ei-invertoivan tulon. Tämä johtuu siis tämän op-vahvistimen erittäin suuresta erovahvistuksesta, kuten 100 000. Jos o/p on muutama voltti (5V), operaatiovahvistimen tulon erojännitteen on oltava
Vd = 5V/100 000 = 50uV.
Invertoivaa ja ei-invertoivaa tuloa pidetään samanlaisessa potentiaalissa muutaman mikrovoltin ollessa operatiivisen vahvistimen tulojen välillä. Invertoivassa sisääntulossa oleva virtuaalinen GND auttaa määrittämään 'Rf'-palautevastuksen jännitehäviön. Koska invertoiva sisääntulo on 0 V:ssa, jännitehäviö Rf:n yläpuolella on samanlainen kuin Vout. Siten virta koko Rf, If voidaan kirjoittaa muodossa;
Jos = Vout/Rf
Virran virtaus R1-vastuksen läpi on virtaa 'I1' ja se voidaan kirjoittaa seuraavan yhtälön mukaisesti.
I1 = V1/R1
Operaatiovahvistin on ihanteellinen
Operaatiovahvistinta voidaan pitää ihanteellisena, joten tulobiasvirta 'Ib' on hyvin lähellä nollaa. Lisäksi vastus 'R2' on kytketty yhdellä haaralla GND:hen, kun taas toinen haara on kytketty virtuaaliseen GND-solmuun. Virran kulku vastuksen 'R2' läpi on hyvin lähellä nollaa. Tässä Kirchoffin nykylaki sanoo, että kaikkien solmujen virtojen summa on nolla, joten voimme kirjoittaa, että
Jos + I1 + I2 + Ib = 0
Kun olet korvannut sanat 'If' ja I1,
Vout/Rf = -V1/R1 tai -V1 (Rf/R1)
Yllä oleva yhtälö näyttää samanlaiselta kuin operaatiovahvistimen siirtofunktio invertoivassa kokoonpanossa. Vahvistin, joka sisältää V1:n i/p:ssä, on tavallinen invertteri, koska virran kulku R2:ssa on nolla.
Seuraavissa superpositiolauseehdoissa tallennamme 'V2' ja teemme 'V1'nollan. Seuraavat samanlaiset ideat kuin 'V1':lle, o/p-jännite Vout2 aina kun tulovahvistimessa on vain 'V2';
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Siirto-toiminto:
Lisäämällä kaksi o/p-jännitettä invertoivan summaavan vahvistimen T.F
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Tämän n-tulosignaalin vahvistimen siirtotoiminto on
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Esimerkki1:
Oletetaan invertoivan summausvahvistimen vastusten arvot Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms. Tämän vahvistimen audiotulosignaalit ovat Vinput1 = 1V ja Vinput2 = 2V, joten laske Vout tälle vahvistimelle.
Tiedämme, että Rf = 100 KOhms, R1 = 10 KOhms & R2 = 10 KOhms.
Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V
Jos korvaamme nämä arvot summausvahvistimen yhtälössä, voimme saada;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30 V.
Lähtöjännite on -30 volttia, joka on tulosignaalien vahvistettu ja summa resistanssiarvojen säädön jälkeen. Eri tekijät muuttavat vahvistimen lähtöä, kuten; saada kaistanleveystuote, jännitesyöttö ja kuormitusvaikutukset. Yllä oleva esimerkki summausvahvistimesta antaa kuitenkin käsityksen tätä vahvistinta ohjaavien komponenttien perusaritmetiikasta ja vuorovaikutuksesta. Signaalien summaus- ja vahvistusprosessi voidaan skaalata niin, että se sisältää useita signaaleja yhdessä.
Esimerkki2:
Mikä on seuraavan summausvahvistinpiirin lähtöjännite, jos kolme äänisignaalia ohjaa tätä vahvistinta?
Jokaiselle yllä olevan piirin kanavalle suljetun silmukan jännitevahvistukset voidaan mitata seuraavasti;
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 kiloohmia / 20 kiloohmia) => – 5 kiloohmia.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 kiloohmia / 10 kiloohmia) => ACL2 = – 10 kiloohmia.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 kiloohmia / 50 kiloohmia) => ACL3 = – 2 kiloohmia.
Tämän summausvahvistimen o/p-jännite voidaan antaa seuraavasti;
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVolttia) + (10 * 200 mVolttia) + (2 * 300 mVolttia)]
= – (0,5 volttia + 2 volttia + 0,6 volttia) => – 3,1 volttia.
Edut & Haitat
The summaavan vahvistimen invertoinnin edut Sisällytä seuraavat.
- Tämän vahvistimen summauspiste on käytännössä maapotentiaalissa, joten asetukset ja eri kanavien signaalit eivät vaikuta toisiinsa. Näin jokainen kanava sekoitetaan tai summataan signaalin tasosta jne.
- Tämän vahvistimen avulla audioasiantuntijat voivat yhdistää eri kanavien signaalit ja toistaa ne yhdeksi kappaleeksi. Jokainen yksittäinen äänitulo konfiguroidaan erikseen häiritsemättä lähtöä.
Tällainen vahvistin eristää yksittäisten tulojen ja lähdön, koska sen virtuaalinen GND solmussa on.
The summausvahvistimen invertoinnin haitat Sisällytä seuraavat.
- Invertoivan summaavan vahvistimen suurin haittapuoli on, että sillä on melko pienempi vahvistus verrattuna vahvistimeen. ei-invertoiva tyyppi .
- Tämä vahvistin on herkkä kohinalle, joten se heikentää S/N-suhdetta ja heikentää lähtösignaalin tarkkuutta.
- Tämän vahvistimen laskennasta tulee monimutkaista, kun tulojen määrä kasvaa.
- Summan inversio tässä vahvistimessa ei ehkä ole toivottavaa joissakin tapauksissa.
Sovellukset
The invertoiva summausvahvistinsovellus Sisällytä seuraavat.
- Summausvahvistimen invertointi auttaa kääntämään vahvistimen o/p-signaalin polariteetin (tai vaiheen) sisääntulosignaalin kanssa.
- Tämä on erittäin erikoistunut vahvistinkokoonpano, jossa tulosignaalit summataan ja käännetään lähdössä.
- Tämän tyyppistä summausvahvistinta käytetään signaalien lisäämiseen.
- Tätä vahvistinta käytetään erilaisten signaalien lisäämiseen vastaavilla vahvistuksilla äänimikseriin.
- Tätä summausvahvistinta käytetään DC-offset-jännitteen syöttämiseen AC-signaalijännitteen kautta.
- Se voi toimia myös vähentäjänä yksinkertaisesti tarjoamalla o/p-jännitteen, joka vastaa kahden jännitteen vaihtelua.
Siten tämä on yleiskatsaus invertoivasta vahvistimesta, piireistä, toiminnasta, johtamisesta, eduista, haitoista ja sovelluksista. Tämän vahvistimen päätehtävä on kääntää o/p-signaalin vaihe. Nämä vahvistimet niillä on pieni lähtöimpedanssi, korkea tuloimpedanssi ja erittäin joustavat piiriarvot, joita voidaan helposti säätää käsittelemään kunkin tulosignaalin vahvistusta.
Operaatiovahvistin summauksessa vahvistinpiiri määrittää sen käyttäytyminen. Tämän vahvistimen operaatiovahvistin toimii jänniteseuraaja- tai invertteritilassa. Tämän vahvistimen yhtälö osoittaa yksinkertaisesti o/p-jännitteen, joka on suhteessa tulojännitteisiin, sekä piirin vastukset. Näitä summausvahvistimia käytetään erilaisissa käytännön sovelluksissa, kuten; äänisekoittimet, joissa eri tulosignaalit yhdistetään yhdeksi ulostuloksi. Tässä on kysymys sinulle, mikä on ei-invertoiva summaava vahvistin?
