En av hovedapplikasjonene til op-amp er summeringsforsterker eller huggorm. Når op-ampens inngangsimpedans er enorm, gis over ett inngangssignal til den inverterende forsterkeren for å legge til det gitte signalet ved utgangen, kjent som summeringsforsterkeren. Dette er en op-amp-krets der forskjellige spenningsinngangssignaler legges til inverterende forsterker til en enkelt utgangsspenning. Så denne kretsen er klassifisert i to typer basert på fortegnet på utgangen; inverterende summeringsforsterker & ikke-inverterende summeringsforsterker. Denne artikkelen gir kort informasjon om en inverterende summeringsforsterker , dens virkemåte og applikasjonene.
Hva er inverterende summeringsforsterker?
En inverterende summeringsforsterker er en av de viktigste op-amp-konfigurasjonene der inngangssignalene summeres og inverteres ved utgangen. Denne forsterkeren inverterer fasen eller polariteten til utgangssignalet sammenlignet med inngangssignalet. I denne forsterkerkonfigurasjonen får op-amps inverterende inngang inngangsspenningen og ikke-inverterende inngang er koblet til GND. Dermed kan denne forsterkerens forsterkning kontrolleres gjennom valg av tilbakekoblingsmotstand og inngangsmotstandsverdier.
Op-Amp-rolle i summeringsforsterker:
I summering forsterkerkrets, op-amp eller operasjonsforsterker spiller en nøkkelrolle. Å forstå op-ampen vil bestemme oppførselen til summeringsforsterkeren. En op-amp er en høyforsterket spenningsforsterker som inkluderer en differensialinngang og enkeltutgang. Utgangsspenningen i op-amp er proporsjonal med variasjonen innenfor de to inngangsspenningene.
Operasjonsforsterkeren i en summeringsforsterker brukes i to forskjellige moduser; spenningsfølger og omformermodus.
- I spenningsfølgermodus reproduserer op-amp-utgangsspenningen inngangsspenningen for å gjøre operasjonsforsterkeren ideell hovedsakelig for signalbuffring.
- I inverter-modus kan op-amp-utgangsspenningen forsterkes og inverteres til inngangsspenningen.
Summingsforsterkerens funksjon er ekstremt avhengig av Op Amp-konfigurasjonen. Så driften av operasjonsforsterkeren i summeringsforsterkeren gir presis, forsterket og potensielt invertert beregning av inngangsspenningene som leveres til summeringsforsterkeren.
Inverterende summeringsforsterker fungerer
Denne inverterende summeringsforsterkeren fungerer ved å invertere polariteten (eller) fasen til o/p-signalet til forsterkeren for i/p-signalet. Så inngangssignalet til denne forsterkeren blir gitt til den inverterende inngangen og den ikke-inverterende inngangen blir gitt til jordterminalen. Det forsterkede utgangssignalet som kan genereres er alltid 180° ute av fase med inngangen. En positiv inngang på denne forsterkeren gir en negativ utgang og omvendt. Denne forsterkerens forsterkning kan kontrolleres ved å velge verdier for tilbakekoblingsmotstand og inngangsmotstand. An inverterende summeringsforsterkerutgang spenning kan uttrykkes som:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
De forsterkning av inverterende summeringsforsterker er Gain (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Her er det viktig å merke seg at op-amp-summeringsforsterkeren også kan designes gjennom den ikke-inverterende konfigurasjonen. Men hovedforskjellen mellom den inverterende og ikke-inverterende summeringsforsterkeren er inngangen impedans . En inverterende summeringsforsterker har mindre inngangsimpedans sammenlignet med en ikke-inverterende summeringsforsterker på grunn av tilbakemeldingsnettverket. Så inngangssignalene til denne forsterkeren kan forsterkes basert på motstandene koblet til op-ampen og summen av forsterkede inngangssignaler kan inverteres og komme til syne på op-ampen.
Inverterende summeringsforsterkerkrets
Den inverterende summeringsforsterkeren er en omfattende versjon av den inverterende forsterkerdesignen som betyr at flere innganger leveres til op-ampens inverterende terminal mens den ikke-inverterende terminalen er koblet til GND. Den inverterende summeringsforsterkerkretsen er vist nedenfor. Denne kretsen har flere inngangsspenninger som er koblet til forsterkerens inverterende inngangsterminal, og utgangen vil være mengden av alle påførte inngangsspenninger, men invertert.
I kretsen ovenfor, når den ikke-inverterende terminalen er koblet til GND, er den inverterende terminalen på virtuell GND. Dermed vil den inverterende inngangsnoden bli en ideell node hovedsakelig for å summere i/p-strømmene.
Inverterende summeringsforsterkerligning
Den inverterende summeringsforsterkeren som bruker op-amp er vist nedenfor. I denne kretsen kan alle de ekstra inngangssignalene gis til den inverterende inngangsterminalen. Så, kretsen med to innganger
I kretsen ovenfor er den ikke-inverterende terminalen eller punktet B jordet, på grunn av det virtuelle GND-konseptet kan noden-A også være på virtuelt GND-potensial.
VA = VB = 0 —— (I)
Fra inngangssiden til denne kretsen;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
Bruk av node-A og strøm ved inngangs op-amp er null.
I = I1 + I2—— (iv)
Fra utgangen til forsterkeren,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Erstatt ii, iii likninger i iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf/R1) V1 + (Rf/R2) V2).
Hvis de tre R1, R2 & Rf motstandene er like, så vil R1= R2 = Rf, så ligningen ovenfor blir som;
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Ved å velge R1, R2 & Rf riktig, kan vi få vektet tillegg av inngangssignalene som; aV1 + bV2 som er indikert med Vi-ligningen. Faktisk på en slik måte blir 'n' inngangsspenninger lagt til.
Derfor er utgangsspenningens størrelse mengden av inngangsspenningene, og derfor er denne kretsen kjent som en adderer eller sommerkrets. Ved utgangen, på grunn av den negative indikasjonen av summen, er den kjent som inverterende summeringsforsterker.
Hvordan utlede den inverterende summeringsforsterkerens overføringsfunksjon
Denne forsterkeren legger til inngangssignalene og inverterer utgangen. Inngangssignalene i denne forsterkeren legges til med forsterkningen. Følgende krets viser den inverterende summeringsforsterkeren inkludert to innganger. Overføringsfunksjonen til denne forsterkeren er vist nedenfor.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Bruker superposisjonsteorem , la oss begynne med å gjøre V2-inngangen null som vist i følgende figur. Her er hovedpoenget å forstå at spenningsnivået ved den inverterende inngangen til op-ampen er null volt fordi den ikke-inverterende inngangen er koblet til GND.
Denne operasjonsforsterkeren vil sette o/p-nivået til en spenning som bringer dens inverterende inngang til et tilsvarende område som den ikke-inverterende inngangen. Så dette er på grunn av den svært høye differensialforsterkningen til denne op-ampen som 100 000. Hvis o/p er noen få volt (5V), må differensialspenningen ved inngangen til operasjonsforsterkeren være
Vd = 5V/100 000 = 50uV.
Den inverterende og ikke-inverterende inngangen anses på et lignende potensial med få mikrovolt mellom inngangene til op-ampen. Den virtuelle GND i den inverterende inngangen hjelper til med å bestemme spenningsfallet på 'Rf' tilbakemeldingsmotstanden. Siden den inverterende inngangen er på 0V, er spenningsfallet over Rf likt Vout. Dermed kan strømmen gjennom Rf, If skrives som;
Hvis = Vout/Rf
Strømstrømmen gjennom R1-motstanden er strøm 'I1' og kan skrives som følgende ligning.
I1=V1/R1
Operasjonsforsterker er ideell
Operasjonsforsterkeren kan betraktes som ideell, så inngangsforspenningsstrømmen 'Ib' er veldig nær null. I tillegg er motstand 'R2' koblet med et enkelt ben til GND, mens det andre benet er koblet til en virtuell GND-node. Strømstrømmen gjennom motstanden 'R2' er veldig nær null. Her sier Kirchoff gjeldende lov at summen av alle strømmer i en node er null, derfor kan vi skrive at,
Hvis + I1 + I2 + Ib = 0
Etter å ha erstattet 'Hvis' og I1,
Vout/Rf = -V1/R1 eller -V1 (Rf/R1)
Ovennevnte ligning ligner op amp overføringsfunksjonen i en inverterende konfigurasjon. Forsterkeren inkludert V1 i sin i/p er en vanlig omformer siden strømmen av strøm gjennom 'R2' er null.
I følgende superposisjonsteorem-betingelser lagrer vi 'V2' og gjør 'V1' til null. Følgende lignende ideer som for 'V1', o/p-spenningen Vout2 når det bare er 'V2' i inngangsforsterkeren er;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Overføringsfunksjon:
Ved å legge til de to o/p-spenningene vil T.F for inverterende summeringsforsterker
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Overføringsfunksjonen til denne forsterkeren med 'n' inngangssignaler er
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +...+ Vn (Rf/Rn)]
Eksempel 1:
La oss anta verdiene til motstander for inverterende summeringsforsterker Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms. Inngangslydsignalene til denne forsterkeren er Vinput1 = 1V og Vinput2 = 2V, så beregn Vout for denne forsterkeren.
Vi vet at Rf = 100KOhms, R1=10KOhms og R2=10KOhms.
Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V
Hvis vi erstatter disse verdiene i summeringsforsterkerligningen, kan vi få;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
Utgangsspenningen er -30Volt, som er en forsterket og summering av inngangssignaler etter justering av motstandsverdier. Ulike faktorer endrer utgangen til en forsterker som; få båndbredde produkt, spenningsforsyning og lasting effekter. Imidlertid gir eksemplet ovenfor på en summeringsforsterker innsikt i den grunnleggende aritmetikken og interaksjonen til komponenter som driver denne forsterkeren. Prosessen med summering og forsterkning av signaler kan skaleres opp til å inkludere ulike signaler i fellesskap.
Eksempel 2:
Hva blir utgangsspenningen for følgende summeringsforsterkerkrets hvis tre lydsignaler driver denne forsterkeren?
For hver kanal i kretsen ovenfor kan spenningsforsterkningene med lukket sløyfe måles som;
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 Kilo Ohm / 20 Kilo Ohm) => – 5 Kilo Ohm.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 Kilo Ohm / 10 Kilo Ohm) => ACL2 = – 10 Kilo Ohm.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 Kilo Ohm / 50 Kilo Ohm) => ACL3 = – 2 Kilo Ohm.
O/p-spenningen for denne summeringsforsterkeren kan gis som;
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.
Fordeler ulemper
De fordeler med å invertere en summeringsforsterker Inkluder følgende.
- Summeringspunktet i denne forsterkeren er tilnærmet ved jordpotensial og dermed påvirker ikke innstillingene så vel som signaler fra hver annen kanal hverandre. Slik blir hver kanal mikset eller summert bortsett fra signalnivået osv.
- Denne forsterkeren lar lydeksperter slå sammen signaler fra forskjellige kanaler og reprodusere dem til et eneste spor. Hver enkelt lydinngang konfigureres separat uten å forstyrre utgangen.
Denne typen forsterker gir isolasjon mellom de individuelle inngangene og utgangene på grunn av dens virtuelle GND ved noden.
De ulemper ved å invertere en summeringsforsterker Inkluder følgende.
- Den største ulempen med en inverterende summeringsforsterker er at den har en ganske lavere forsterkning sammenlignet med ikke-inverterende type .
- Denne forsterkeren er følsom for støy, så den forringer S/N-forholdet og reduserer presisjonen til utgangssignalet.
- Beregningen av denne forsterkeren blir kompleks når antall innganger øker.
- Inversjonen av summen i denne forsterkeren er kanskje ikke ønskelig i noen tilfeller.
applikasjoner
De inverterende summeringsforsterkerapplikasjoner Inkluder følgende.
- Invertering av summeringsforsterkeren hjelper til med å invertere polariteten (eller) fasen til o/p-signalet til forsterkeren med inngangssignalet.
- Dette er en veldig spesialisert forsterkerkonfigurasjon uansett hvor inngangssignalene summeres og inverteres ved utgangen.
- Denne typen summeringsforsterker brukes for å legge til signalene.
- Denne forsterkeren brukes til å legge til forskjellige signaler med tilsvarende forsterkning i lydmikseren.
- Denne summeringsforsterkeren brukes til å påføre en DC offsetspenning gjennom en AC-signalspenning.
- Den kan også fungere som en subtraktor ved ganske enkelt å gi en o/p-spenning som tilsvarer variasjonen av to spenninger.
Dermed er dette en oversikt over en inverterende forsterker, kretser, arbeid, utledning, fordeler, ulemper og applikasjoner. Hovedfunksjonen til denne forsterkeren er å invertere fasen til o/p-signalet. Disse forsterkere har lav utgangsimpedans, høy inngangsimpedans og svært fleksible kretsverdier som enkelt kan justeres for å håndtere hvert inngangssignals forsterkning.
Operasjonsforsterkeren i summeringen forsterkerkretsen bestemmer dens oppførsel. Op-ampen i denne forsterkeren fungerer i spenningsfølger- eller invertermodus. Ligningen til denne forsterkeren indikerer ganske enkelt o/p-spenningen som er i forhold til inngangsspenninger så vel som motstandene i kretsen. Disse summeringsforsterkerne brukes i forskjellige praktiske applikasjoner som; lydmiksere, uansett hvor forskjellige inngangssignaler slås sammen til en enkelt utgang. Her er et spørsmål til deg, hva er en ikke-inverterende summeringsforsterker?