Viens no galvenajiem op-amp lietojumiem ir summēšanas pastiprinātājs vai papildinātājs. Ja operētājsistēmas pastiprinātāja ieejas pretestība ir milzīga, virs viena ieejas signāls tiek nodrošināts invertējošajam pastiprinātājam, lai pievienotu norādīto signālu izejā, ko sauc par summēšanas pastiprinātāju. Šī ir op-amp ķēde, kurā tiek pievienoti dažādi sprieguma ieejas signāli invertējošais pastiprinātājs vienā izejas spriegumā. Tātad šī ķēde ir iedalīta divos veidos, pamatojoties uz izejas zīmi; invertējošs summēšanas pastiprinātājs un neinvertējošs summēšanas pastiprinātājs. Šajā rakstā ir sniegta īsa informācija par invertējošais summēšanas pastiprinātājs , tā darbība un lietojumprogrammas.
Kas ir invertējošais summēšanas pastiprinātājs?
Invertējošais summēšanas pastiprinātājs ir viena no galvenajām op-amp konfigurācijām, kur ievades signāli tiek summēti un apgriezti izejā. Šis pastiprinātājs apvērš izejas signāla fāzi vai polaritāti salīdzinājumā ar ieejas signālu. Šajā pastiprinātāja konfigurācijā operētājsistēmas pastiprinātāja invertējošā ieeja saņem ieejas spriegumu, un neinvertējošā ieeja ir savienota ar GND. Tādējādi šī pastiprinātāja pastiprinājumu var kontrolēt, izvēloties atgriezeniskās saites rezistoru un ieejas rezistoru vērtības.
Op-Amp loma summēšanas pastiprinātājā:
Summējot pastiprinātāja ķēdi, op-amp vai operacionālais pastiprinātājs spēlē galveno lomu. Izpratne par op-amp noteiks summēšanas pastiprinātāja darbību. Operatīvais pastiprinātājs ir augsta pastiprinājuma sprieguma pastiprinātājs, kas ietver diferenciālo ieeju un viena gala izeju. Op-amp izejas spriegums ir proporcionāls svārstībām abos ieejas spriegumos.
Operacionālais pastiprinātājs summējošā pastiprinātājā tiek izmantots divos dažādos režīmos; sprieguma sekotāja un invertora režīms.
- Sprieguma sekošanas režīmā operētājsistēmas pastiprinātāja izejas spriegums atveido ieejas spriegumu, lai darbības pastiprinātājs būtu ideāls galvenokārt signāla buferizācijai.
- Invertora režīmā op-amp izejas spriegumu var pastiprināt un invertēt uz ieejas spriegumu.
Summējošā pastiprinātāja darbība ir ļoti atkarīga no Op Amp konfigurācijas. Tātad operacionālā pastiprinātāja darbība summēšanas pastiprinātājā nodrošina precīzu, pastiprinātu un potenciāli apgrieztu summēšanas pastiprinātājam nodrošināto ieejas spriegumu aprēķinu.
Invertējošā summēšanas pastiprinātāja darbība
Šis invertējošais summēšanas pastiprinātājs darbojas, apgriežot pastiprinātāja o/p signāla polaritāti (vai) i/p signālam. Tātad šī pastiprinātāja ieejas signāls tiek dots invertējošajai ieejai, bet neinvertējošā ieeja tiek dota zemējuma spailei. Pastiprinātais izejas signāls, ko var ģenerēt, vienmēr ir par 180° ārpus fāzes ar ieeju. Pozitīva šī pastiprinātāja ieeja nodrošina negatīvu izvadi un otrādi. Šī pastiprinātāja pastiprinājumu var kontrolēt, izvēloties atgriezeniskās saites rezistoru un ieejas rezistoru vērtības. An apgriežot summējošā pastiprinātāja izvadi spriegumu var izteikt šādi:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
The invertējošā summējošā pastiprinātāja pastiprinājums ir Pastiprinājums (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Šeit ir svarīgi atzīmēt, ka operētājsistēmas pastiprinātāja summēšanas pastiprinātāju var izveidot arī, izmantojot neinvertējošu konfigurāciju. Bet galvenā atšķirība starp invertējošo un neinvertējo summēšanas pastiprinātāju ir ieeja pretestība . Atgriezeniskās saites tīkla dēļ invertējošajam summēšanas pastiprinātājam ir mazāka ieejas pretestība, salīdzinot ar neinvertējamu summēšanas pastiprinātāju. Tātad šī pastiprinātāja ieejas signālus var pastiprināt, pamatojoties uz rezistoriem, kas savienoti ar op-amp, un pastiprināto ieejas signālu summu var apgriezt un parādīties op-amp.
Invertējošā summēšanas pastiprinātāja shēma
Invertējošais summējošais pastiprinātājs ir plaša invertējošā pastiprinātāja konstrukcijas versija, kas nozīmē, ka operētājsistēmas pastiprinātāja invertējošajam terminālim tiek nodrošinātas vairākas ieejas, savukārt neinvertējošais terminālis ir pievienots GND. Invertējošā summēšanas pastiprinātāja ķēde ir parādīta zemāk. Šai ķēdei ir vairāki ieejas spriegumi, kas ir savienoti ar pastiprinātāja invertējošās ieejas spaili, un izvade būs visu izmantoto ieejas spriegumu daudzums, bet apgriezts.
Iepriekš minētajā shēmā, kad neinvertējošais terminālis ir pievienots GND, invertējošais terminālis atrodas virtuālajā GND. Tādējādi invertējošais ievades mezgls kļūs par ideālu mezglu galvenokārt i/p strāvu summēšanai.
Invertēšanas summēšanas pastiprinātāja vienādojums
Tālāk ir parādīts invertējošais summēšanas pastiprinātājs, izmantojot op-amp. Šajā shēmā visus pievienotos ieejas signālus var nodot invertējošajam ieejas terminālim. Tātad, ķēde ar divām ieejām
Iepriekš minētajā shēmā neinvertējošais terminālis jeb punkts B ir iezemēts, jo virtuālās GND koncepcijas dēļ mezglam A var būt arī virtuālais GND potenciāls.
VA = VB = 0 — (I)
No šīs ķēdes ieejas puses;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
Pielietojums mezglā A un strāva ieejas operācijas pastiprinātājā ir nulle.
I = I1 + I2—— (iv)
No pastiprinātāja izejas,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Aizstāt ii, iii vienādojumus iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/ R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Ja trīs R1, R2 un Rf pretestības ir vienādas, tad R1 = R2 = Rf, tātad iepriekš minētais vienādojums kļūs kā;
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Pareizi izvēloties R1, R2 un Rf, mēs varam iegūt ieejas signālu svērto pievienošanu, piemēram; aV1 + bV2, ko norāda Vi vienādojums. Faktiski šādā veidā tiek pievienoti “n” ieejas spriegumi.
Tāpēc izejas sprieguma lielums ir ieejas spriegumu daudzums, un tāpēc šī ķēde ir pazīstama kā summatora vai vasaras ķēde. Izejā summas negatīvās indikācijas dēļ to sauc par invertējošu summēšanas pastiprinātāju.
Kā iegūt invertējošās summēšanas pastiprinātāja pārsūtīšanas funkciju
Šis pastiprinātājs pievieno ieejas signālus un apvērš izeju. Ieejas signāli šajā pastiprinātājā tiek pievienoti ar to pastiprinājumu. Nākamajā shēmā ir parādīts invertējošais summēšanas pastiprinātājs, kurā ir divas ieejas. Šī pastiprinātāja pārsūtīšanas funkcija ir parādīta zemāk.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Izmantojot superpozīcijas teorēma , sāksim, padarot V2 ievadi par nulli, kā parādīts nākamajā attēlā. Šeit galvenais ir saprast, ka sprieguma līmenis pie op-amp invertējošās ieejas ir nulle voltu, jo neinvertējošā ieeja ir savienota ar GND.
Šis darbības pastiprinātājs iestatīs o/p līmeni pie sprieguma, kas nodrošina tā invertējošo ievadi līdzīgā diapazonā kā neinvertējošajai ieejai. Tas ir tāpēc, ka šī operētājsistēmas pastiprinātāja diferenciālais pastiprinājums ir ļoti liels, piemēram, 100 000. Ja o/p ir daži volti (5 V), diferenciālajam spriegumam operacionālā pastiprinātāja ieejā ir jābūt
Vd = 5V/100 000 = 50uV.
Tiek uzskatīts, ka invertējošā un neinvertējošā ieeja ir līdzīga potenciālam ar dažiem mikrovoltiem starp operētājsistēmas pastiprinātāja ieejām. Virtuālais GND invertējošā ieejā palīdz noteikt sprieguma kritumu “Rf” atgriezeniskās saites rezistoram. Tā kā invertējošā ieeja ir pie 0 V, sprieguma kritums virs Rf ir līdzīgs Vout. Tādējādi strāvu visā Rf, If var rakstīt kā;
Ja = Vout/Rf
Strāvas plūsma visā R1 rezistorā ir strāva “I1”, un to var uzrakstīt kā šādu vienādojumu.
I1= V1/R1
Operacionālais pastiprinātājs ir ideāls
Operatīvo pastiprinātāju var uzskatīt par ideālu, tāpēc ieejas slīpstrāva “Ib” ir ļoti tuvu nullei. Turklāt rezistors “R2” ir savienots ar vienu kāju ar GND, bet otra kāja ir savienota ar virtuālo GND mezglu. Strāvas plūsma visā rezistorā “R2” ir ļoti tuvu nullei. Šeit Kiršofa pašreizējais likums saka, ka visu strāvu summa mezglā ir nulle, tāpēc mēs varam rakstīt, ka
Ja + I1 + I2 + Ib = 0
Pēc “If” un I1 aizstāšanas,
Vout/Rf = -V1/R1 vai -V1 (Rf/R1)
Iepriekš minētais vienādojums izskatās līdzīgs operācijas pastiprinātāja pārsūtīšanas funkcijai invertējošā konfigurācijā. Pastiprinātājs, kura i/p ir V1, ir parasts invertors, jo strāvas plūsma visā “R2” ir nulle.
Šādos superpozīcijas teorēmas nosacījumos mēs saglabājam “V2” un padarām “V1” par nulli. Šādas līdzīgas idejas kā “V1” ir o/p spriegums Vout2 ikreiz, kad ieejas pastiprinātājā ir tikai “V2”;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Pārsūtīšanas funkcija:
Saskaitot divus o/p spriegumus, invertējošā summējošā pastiprinātāja T.F.
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Šī pastiprinātāja ar “n” ieejas signāliem pārsūtīšanas funkcija ir
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
1. piemērs:
Pieņemsim rezistoru vērtības summējošā pastiprinātāja invertēšanai Rf = 100KOhms, R1 = 10KOhms & R2 = 10KOhms. Šī pastiprinātāja ieejas audio signāli ir 'Vinput1 = 1V un Vinput2 = 2V, tāpēc aprēķiniet Vout šim pastiprinātājam.
Mēs zinām, ka Rf = 100 KOhms, R1 = 10KOhms & R2 = 10KOhms.
Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V
Ja šīs vērtības aizstājam summēšanas pastiprinātāja vienādojumā, mēs varam iegūt;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30 V.
Izejas spriegums ir -30 volti, kas ir pastiprināts un ieejas signālu summa pēc pretestības vērtību pielāgošanas. Dažādi faktori maina pastiprinātāja izvadi, piemēram; iegūt joslas platuma produktu, sprieguma padevi un slodzes efektus. Tomēr iepriekš minētais summēšanas pastiprinātāja piemērs sniedz ieskatu elementu aritmētikā un mijiedarbībā, kas darbina šo pastiprinātāju. Signālu summēšanas un pastiprināšanas procesu var palielināt, lai kopīgi iekļautu dažādus signālus.
2. piemērs:
Kāds būs izejas spriegums šādai summēšanas pastiprinātāja ķēdei, ja trīs audio signāli vada šo pastiprinātāju?
Katram kanālam iepriekš minētajā ķēdē slēgtā cikla sprieguma pieaugumu var izmērīt kā;
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 kilo omi / 20 kiloomi) => – 5 kiloomi.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 kilo omi / 10 kiloomi) => ACL2 = – 10 kilo omi.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 kilo omi / 50 kiloomi) => ACL3 = – 2 kilo omi.
O/p spriegumu šim summējamam pastiprinātājam var norādīt kā;
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVolti) + (10 * 200 mVolti) + (2 * 300 mVolti)]
= – (0,5 volti + 2 volti + 0,6 volti) => – 3,1 volti.
Priekšrocības & Trūkumi
The summējošā pastiprinātāja invertēšanas priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.
- Summēšanas punkts šajā pastiprinātājā ir praktiski pie zemes potenciāla, tāpēc iestatījumi, kā arī signāli no dažādiem kanāliem viens otru neietekmē. Šādi katrs kanāls tiek sajaukts vai summēts neatkarīgi no signāla līmeņa utt.
- Šis pastiprinātājs ļauj audio ekspertiem apvienot signālus no dažādiem kanāliem un reproducēt tos vienīgajā celiņā. Katra atsevišķa audio ieeja ir konfigurēta atsevišķi, netraucējot izvadi.
Šāda veida pastiprinātājs nodrošina izolāciju starp atsevišķām ieejām un izvadi, jo mezglā atrodas tā virtuālā GND.
The summējošā pastiprinātāja invertēšanas trūkumi iekļaujiet tālāk norādīto.
- Galvenais invertējošā summēšanas pastiprinātāja trūkums ir tas, ka tam ir diezgan mazāks pastiprinājums, salīdzinot ar neinvertējošais tips .
- Šis pastiprinātājs ir jutīgs pret troksni, tāpēc tas pasliktina S/N attiecību un samazina izejas signāla precizitāti.
- Palielinoties ieeju skaitam, šī pastiprinātāja aprēķins kļūst sarežģīts.
- Dažos gadījumos summas inversija šajā pastiprinātājā var nebūt vēlama.
Lietojumprogrammas
The invertējošā summēšanas pastiprinātāja lietojumprogrammas iekļaujiet tālāk norādīto.
- Summējošā pastiprinātāja invertēšana palīdz invertēt pastiprinātāja o/p signāla polaritāti (vai) ar ieejas signālu.
- Šī ir ļoti specializēta pastiprinātāja konfigurācija, kur ievades signāli tiek summēti un apgriezti izejā.
- Šāda veida summēšanas pastiprinātājs tiek izmantots signālu pievienošanai.
- Šo pastiprinātāju izmanto dažādu signālu pievienošanai ar līdzvērtīgu pastiprinājumu audio mikserī.
- Šis summēšanas pastiprinātājs tiek izmantots, lai ar maiņstrāvas signāla spriegumu pielietotu līdzstrāvas nobīdes spriegumu.
- Tas var darboties arī kā atņemtājs, vienkārši nodrošinot o/p spriegumu, kas ir līdzvērtīgs divu spriegumu izmaiņām.
Tādējādi šis ir pārskats par invertējamo pastiprinātāju, shēmām, darbību, atvasināšanu, priekšrocībām, trūkumiem un lietojumiem. Šī pastiprinātāja galvenā funkcija ir invertēt o/p signāla fāzi. Šie pastiprinātāji ir zema izejas pretestība, augsta ieejas pretestība un ļoti elastīgas ķēdes vērtības, kuras var viegli pielāgot, lai apstrādātu katru ieejas signāla pastiprinājumu.
Operacionālais pastiprinātājs summēšanā pastiprinātāja ķēde nosaka tās uzvedību. Šī pastiprinātāja darbības pastiprinātājs darbojas sprieguma sekotāja vai invertora režīmā. Šī pastiprinātāja vienādojums vienkārši norāda o/p spriegumu, kas ir attiecībā pret ieejas spriegumiem, kā arī rezistorus ķēdē. Šie summējošie pastiprinātāji tiek izmantoti dažādos praktiskos pielietojumos, piemēram; audio mikseri, kur dažādi ievades signāli tiek apvienoti vienā izvadē. Šeit jums ir jautājums, kas ir neinvertējošais summēšanas pastiprinātājs?
