Az op-amp egyik fő alkalmazása a összegző erősítő vagy összeadó. Ha az op-amp bemeneti impedanciája nagy, egy bemeneti jelet továbbítanak az invertáló erősítőhöz, hogy hozzáadják az adott jelet a kimeneten, az úgynevezett összegző erősítőt. Ez egy op-amp áramkör, ahol különböző feszültségű bemeneti jeleket adnak hozzá invertáló erősítő egyetlen kimeneti feszültségbe. Tehát ez az áramkör a kimenet előjele alapján két típusba sorolható; invertáló összegző erősítő és nem invertáló összegző erősítő. Ez a cikk rövid tájékoztatást nyújt egy invertáló összegző erősítő , működése és alkalmazásai.
Mi az invertáló összegző erősítő?
Az invertáló összegző erősítő az egyik fő műveleti erősítő konfiguráció, ahol a bemeneti jelek összegzése és invertálása a kimeneten történik. Ez az erősítő megfordítja a kimeneti jel fázisát vagy polaritását a bemeneti jelhez képest. Ebben az erősítő konfigurációban az op-amp invertáló bemenete kapja a bemeneti feszültséget, és a nem invertáló bemenet a GND-hez csatlakozik. Így ennek az erősítőnek az erősítését a visszacsatoló ellenállás és a bemeneti ellenállás értékeinek megválasztásával lehet szabályozni.
Op-Amp szerepe az összegző erősítőben:
Az összegző erősítő áramkörben az op-amp ill műveleti erősítő kulcsszerepet játszik. Az op-amp megértése meghatározza az összegző erősítő viselkedését. Az op-amp egy nagy nyereségű feszültségerősítő, amely differenciális bemenettel és egyvégű kimenettel rendelkezik. Az op-amp kimeneti feszültsége arányos a két bemeneti feszültségen belüli változással.
Az összegző erősítő műveleti erősítőjét két különböző üzemmódban használják; feszültségkövető és inverter üzemmód.
- Feszültségkövető módban a műveleti erősítő kimeneti feszültsége reprodukálja a bemeneti feszültséget, így a műveleti erősítő elsősorban jelpuffereléshez ideális.
- Inverter módban az op-amp kimeneti feszültsége felerősíthető és invertálható bemeneti feszültséggé.
Az összegző erősítő működése nagymértékben függ az op Amp konfigurációjától. Tehát a műveleti erősítő működése az összegző erősítőben pontos, erősített és potenciálisan fordított számítást biztosít az összegző erősítő bemeneti feszültségeiről.
Invertáló összegző erősítő működik
Ez az invertáló összegző erősítő úgy működik, hogy megfordítja az erősítő o/p jelének polaritását (vagy fázisát) az i/p jelhez. Tehát ennek az erősítőnek a bemeneti jele az invertáló bemenethez, a nem invertáló bemenet pedig a földi terminálhoz kerül. A generálható felerősített kimenőjel mindig 180°-ban fázison kívül van a bemenettel. Ennek az erősítőnek a pozitív bemenete negatív kimenetet eredményez és fordítva. Ennek az erősítőnek az erősítését a visszacsatoló ellenállás és a bemeneti ellenállás értékeinek kiválasztásával lehet szabályozni. An invertálja az összegző erősítő kimenetét A feszültség a következőképpen fejezhető ki:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
A az invertáló összegző erősítő nyeresége az Erősítés (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Itt fontos megjegyezni, hogy az op-amp összegző erősítő Non-Inverting konfigurációval is tervezhető. De a fő különbség az invertáló és nem invertáló összegző erősítő között a bemenet impedancia . Az invertáló összegző erősítő a visszacsatoló hálózat miatt kisebb bemeneti impedanciával rendelkezik, mint a nem invertáló összegző erősítő. Tehát ennek az erősítőnek a bemeneti jelei felerősíthetők az op-amp-hoz csatlakoztatott ellenállások alapján, és az erősített bemeneti jelek összege megfordítható és láthatóvá válik az op-amp-on.
Invertáló összegző erősítő áramkör
Az invertáló összegző erősítő az invertáló erősítő kialakításának egy kiterjedt változata, ami azt jelenti, hogy több bemenet van biztosítva az op-amp invertáló termináljához, míg a nem invertáló terminál a GND-hez csatlakozik. Az invertáló összegző erősítő áramköre az alábbiakban látható. Ennek az áramkörnek több bemeneti feszültsége van, amelyek az erősítő invertáló bemeneti termináljához csatlakoznak, és a kimenet az összes rákapcsolt bemeneti feszültség összege lesz, de invertált.
A fenti áramkörben, amikor a nem invertáló terminál a GND-hez van csatlakoztatva, az invertáló terminál a virtuális GND-n van. Így az invertáló bemeneti csomópont ideális csomópont lesz elsősorban az i/p áramok összegzésére.
Invertáló összegző erősítő egyenlet
Az alábbiakban látható az op-erősítőt használó invertáló összegző erősítő. Ebben az áramkörben az összes hozzáadott bemeneti jel továbbítható az invertáló bemeneti terminálhoz. Tehát az áramkör két bemenettel
A fenti áramkörben a nem invertáló kapocs vagy B pont földelve van, a virtuális GND koncepció miatt az A csomópont virtuális GND potenciálon is lehet.
VA = VB = 0 —— (I)
Ennek az áramkörnek a bemeneti oldaláról;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 – (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/R2 – (iii)
Az A csomóponton történő alkalmazás és a bemeneti op-amp áramerőssége nulla.
I = I1 + I2—— (iv)
Az erősítő kimenetéről,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Helyettesítse be a ii, iii egyenleteket az iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Ha a három R1, R2 és Rf ellenállás egyenlő, akkor R1= R2 = Rf, így a fenti egyenlet a következő lesz;
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Az R1, R2 és Rf megfelelő kiválasztásával súlyozott összeadást kaphatunk a bemeneti jelekből, mint pl. aV1 + bV2, amelyet a Vi egyenlet jelöl. Valójában ilyen módon „n” bemeneti feszültséget adnak hozzá.
Ezért a kimeneti feszültség nagysága a bemeneti feszültségek mennyisége, ezért ezt az áramkört összeadónak vagy nyári áramkörnek nevezik. A kimeneten az összeg negatív jelzése miatt invertáló összegző erősítőnek nevezik.
Az invertáló összegző erősítő átviteli függvény származtatása
Ez az erősítő hozzáadja a bemeneti jeleket és invertálja a kimenetet. Az ebben az erősítőben lévő bemeneti jelek hozzáadódnak azok erősítéséhez. A következő áramkör az invertáló összegző erősítőt mutatja, két bemenettel. Az erősítő átviteli funkciója az alábbiakban látható.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Használni a szuperpozíciós tétel , kezdjük azzal, hogy a V2 bemenetet nullázzuk a következő ábrán látható módon. Itt a lényeg annak megértése, hogy az op-amp invertáló bemenetén a feszültség szintje nulla volt, mivel a nem invertáló bemenet a GND-hez van kötve.
Ez a műveleti erősítő az o/p szintet olyan feszültségre állítja, amely az invertáló bemenetét a nem invertáló bemenetéhez hasonló tartományba hozza. Tehát ennek az op-erősítőnek a nagyon magas, 100 000-es különbségi nyeresége az oka. Ha az o/p néhány volt (5V), akkor a műveleti erősítő bemenetén lévő differenciálfeszültségnek
Vd = 5V/100 000 = 50uV.
Az invertáló és nem invertáló bemenet hasonló potenciálon van, néhány mikrovolttal az op-erősítő bemenetei között. Az invertáló bemeneten belüli virtuális GND segít az „Rf” visszacsatoló ellenállás feszültségesésének meghatározásában. Mivel az invertáló bemenet 0 V-on van, az Rf feletti feszültségesés hasonló a Vout-hoz. Így a teljes Rf, If áram így írható fel;
Ha = Vout/Rf
Az R1 ellenálláson áthaladó áram az „I1” áram, és a következő egyenlet szerint írható fel.
I1=V1/R1
A műveleti erősítő ideális
A műveleti erősítő ideálisnak tekinthető, így az „Ib” bemeneti előfeszítő áram nagyon közel van a nullához. Ezenkívül az „R2” ellenállás egyetlen ággal csatlakozik a GND-hez, míg a másik láb egy virtuális GND csomóponthoz. Az „R2” ellenálláson keresztüli áram áramlása nagyon közel van a nullához. Itt a Kirchoff-féle jelenlegi törvény azt mondja, hogy egy csomóponton belül az összes áram összege nulla, így felírhatjuk, hogy
Ha + I1 + I2 + Ib = 0
Az „If” és az I1 lecserélése után,
Vout/Rf = -V1/R1 vagy -V1 (Rf/R1)
A fenti egyenlet hasonlít a műveleti erősítő átviteli függvényéhez invertáló konfigurációban. A V1-et az i/p-ben tartalmazó erősítő egy normál inverter, mivel az „R2”-ben az áram áramlása nulla.
A következő szuperpozíciós tételfeltételekben a „V2”-t tároljuk, és a „V1”-et nullává tesszük. A következő, a „V1”-hez hasonló ötletek, a Vout2 o/p feszültség, amikor csak „V2” van a bemeneti erősítőn belül;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Átviteli funkció:
A két o/p feszültség összeadásával az invertáló összegző erősítő T.F.
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Ennek az „n” bemeneti jelű erősítőnek az átviteli funkciója
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
1. példa:
Tegyük fel az ellenállások értékét az összegző erősítő invertálásánál Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms. Ennek az erősítőnek a bemeneti audio jelei: Vinput1 = 1V és Vinput2 = 2V, ezért számítsa ki a Vout értéket erre az erősítőre.
Tudjuk, hogy Rf=100KOhms, R1=10KOhms és R2=10KOhms.
Vinput1 = 1V és Vinput2 = 2V
Ha ezeket az értékeket behelyettesítjük az összegző erősítő egyenletben, akkor kaphatunk;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30 V.
A kimeneti feszültség -30V, ami a bemeneti jelek felerősített és összegzettje az ellenállásértékek beállítása után. Különböző tényezők változtatják meg az erősítő kimenetét, például; nyereség sávszélesség termék, feszültségellátás és terhelési hatások. Az összegző erősítő fenti példája azonban betekintést nyújt az erősítőt meghajtó alkatrészek alapvető aritmetikájába és interakciójába. A jelek összegző és erősítő folyamata felskálázható, hogy különböző jeleket együttesen tartalmazzon.
2. példa:
Mekkora lesz a következő összegző erősítő áramkör kimeneti feszültsége, ha három hangjel hajtja meg ezt az erősítőt?
A fenti áramkör minden csatornájára a zárt hurkú feszültségnövekedés mérhető;
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 kiloohm / 20 kiloohm) => – 5 kiloohm.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 kiloohm / 10 kiloohm) => ACL2 = – 10 kiloohm.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 kiloohm / 50 kiloohm) => ACL3 = – 2 kiloohm.
Ennek az összegző erősítőnek az o/p feszültsége a következőképpen adható meg;
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVolt) + (10 * 200 mVolt) + (2 * 300 mVolt)]
= – (0,5 Volt + 2 Volt + 0,6 Volt) => – 3,1 Volt.
Előnyök hátrányok
A Az összegző erősítő invertálásának előnyei a következőket tartalmazzák.
- Ebben az erősítőben az összegzési pont gyakorlatilag a földpotenciálon van, így a beállítások, valamint az egyes csatornákból érkező jelek nem befolyásolják egymást. Így minden csatorna keverve vagy összegezve van, kivéve a jelszintet stb.
- Ez az erősítő lehetővé teszi az audió szakértők számára, hogy egyesítsék a különböző csatornákból érkező jeleket és reprodukálják azokat egyetlen sávba. Minden egyes audiobemenet külön van konfigurálva a kimenet megzavarása nélkül.
Ez a fajta erősítő elszigeteli az egyes bemeneteket és kimeneteket a csomóponton lévő virtuális GND miatt.
A Az összegző erősítő invertálásának hátrányai a következőket tartalmazzák.
- Az invertáló összegző erősítő fő hátránya, hogy viszonylag kisebb erősítéssel rendelkezik, mint az nem invertáló típus .
- Ez az erősítő érzékeny a zajra, így rontja az S/N arányt és csökkenti a kimeneti jel pontosságát.
- Ennek az erősítőnek a számítása bonyolulttá válik, ha a bemenetek száma nő.
- Az összeg megfordítása ebben az erősítőben bizonyos esetekben nem kívánatos.
Alkalmazások
A invertáló összegző erősítő alkalmazások a következőket tartalmazzák.
- Az összegző erősítő megfordítása segít megfordítani az erősítő o/p jelének polaritását (vagy fázisát) a bemeneti jellel.
- Ez egy nagyon speciális erősítő konfiguráció, ahol a bemeneti jelek összegzése és invertálása a kimeneten történik.
- Ez a típusú összegző erősítő a jelek összeadására szolgál.
- Ez az erősítő különböző jelek hozzáadására szolgál, azonos erősítéssel az audiokeverőben.
- Ezt az összegző erősítőt egy váltakozó áramú jelfeszültségen keresztül DC offset feszültség alkalmazására használják.
- Kivonóként is működhet úgy, hogy egyszerűen olyan o/p feszültséget biztosít, amely egyenértékű két feszültség változásával.
Így ez az invertáló erősítő, az áramkörök, a működés, a származtatás, az előnyök, a hátrányok és az alkalmazások áttekintése. Ennek az erősítőnek az a fő funkciója, hogy megfordítsa az o/p jel fázisát. Ezek erősítők alacsony kimeneti impedanciával, nagy bemeneti impedanciával és nagyon rugalmas áramköri értékekkel rendelkeznek, amelyek könnyen beállíthatók az egyes bemeneti jelek erősítésének kezelésére.
A műveleti erősítő az összegzésben erősítő áramkör határozza meg a viselkedését. Ebben az erősítőben az op-amp feszültségkövető vagy inverter üzemmódban működik. Ennek az erősítőnek az egyenlete egyszerűen a bemeneti feszültségekhez viszonyított o/p feszültséget, valamint az áramkörön belüli ellenállásokat jelzi. Ezeket az összegző erősítőket különböző gyakorlati alkalmazásokban használják, mint pl. hangkeverők, ahol a különböző bemeneti jeleket egyetlen kimenetbe egyesítik. Itt egy kérdés, hogy mi az a nem invertáló összegző erősítő?
