Μία από τις κύριες εφαρμογές του op-amp είναι το αθροιστικός ενισχυτής ή αθροιστής. Όταν η σύνθετη αντίσταση εισόδου του op-amp είναι τεράστια, πάνω από ένα σήμα εισόδου παρέχεται στον αναστροφικό ενισχυτή για να προσθέσει το δεδομένο σήμα στην έξοδο, γνωστό ως ενισχυτής αθροίσματος. Αυτό είναι ένα κύκλωμα op-amp όπου προστίθενται διαφορετικά σήματα εισόδου τάσης στο αναστροφής ενισχυτής σε μια ενιαία τάση εξόδου. Έτσι, αυτό το κύκλωμα ταξινομείται σε δύο τύπους με βάση το πρόσημο της εξόδου. ενισχυτής αναστροφής άθροισης & μη αντιστρεφόμενος αθροιστικός ενισχυτής. Αυτό το άρθρο παρέχει σύντομες πληροφορίες για ένα αναστροφικός αθροιστικός ενισχυτής , τη λειτουργία του και τις εφαρμογές του.
Τι είναι ο Αντεστραμμένος Ενισχυτής Άθροισης;
Ένας ενισχυτής αναστροφής αθροίσματος είναι μία από τις κύριες διαμορφώσεις op-amp όπου τα σήματα εισόδου αθροίζονται και αναστρέφονται στην έξοδο. Αυτός ο ενισχυτής αντιστρέφει τη φάση ή την πολικότητα του σήματος εξόδου σε σύγκριση με το σήμα εισόδου. Σε αυτή τη διαμόρφωση του ενισχυτή, η είσοδος αναστροφής του op-amp λαμβάνει την τάση εισόδου και η μη αναστρέφουσα είσοδος συνδέεται στο GND. Έτσι, το κέρδος αυτού του ενισχυτή μπορεί να ελεγχθεί μέσω της επιλογής της αντίστασης ανάδρασης και των τιμών αντίστασης εισόδου.
Ο ρόλος Op-Amp στον ενισχυτή άθροισης:
Στο άθροισμα του κυκλώματος ενισχυτή, το op-amp ή τελεστικος ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ παίζει βασικό ρόλο. Η κατανόηση του op-amp θα καθορίσει τη συμπεριφορά του αθροιστικού ενισχυτή. Ο op-amp είναι ένας ενισχυτής τάσης υψηλής απολαβής που περιλαμβάνει διαφορική είσοδο και έξοδο μονού άκρου. Η τάση εξόδου στο op-amp είναι ανάλογη με τη διακύμανση εντός των δύο τάσεων εισόδου.
Ο λειτουργικός ενισχυτής σε έναν ενισχυτή αθροίσματος χρησιμοποιείται σε δύο διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας. λειτουργία παρακολούθησης τάσης και μετατροπέα.
- Στη λειτουργία παρακολούθησης τάσης, η τάση εξόδου op-amp αναπαράγει την τάση εισόδου για να κάνει τον λειτουργικό ενισχυτή ιδανικό κυρίως για αποθήκευση σήματος.
- Στη λειτουργία Inverter, η τάση εξόδου op-amp μπορεί να ενισχυθεί και να αναστραφεί στην τάση εισόδου.
Η λειτουργία του αθροιστικού ενισχυτή εξαρτάται εξαιρετικά από τη διαμόρφωση Op Amp. Έτσι, η λειτουργία του λειτουργικού ενισχυτή στον ενισχυτή αθροίσματος παρέχει ακριβή, ενισχυμένο & δυνητικά ανεστραμμένο υπολογισμό των τάσεων εισόδου που παρέχονται στον ενισχυτή αθροίσματος.
Ενισχυτής άθροισης αναστροφής που λειτουργεί
Αυτός ο αναστροφικός αθροιστικός ενισχυτής λειτουργεί αντιστρέφοντας τη φάση πολικότητας (ή) του σήματος o/p του ενισχυτή για το σήμα i/p. Έτσι, το σήμα εισόδου αυτού του ενισχυτή δίνεται στην είσοδο αναστροφής και η μη αναστρέφουσα είσοδος δίνεται στον ακροδέκτη γείωσης. Το ενισχυμένο σήμα εξόδου που μπορεί να παραχθεί είναι πάντα 180° εκτός φάσης με την είσοδο. Μια θετική είσοδος αυτού του ενισχυτή αποδίδει αρνητική έξοδο και το αντίστροφο. Το κέρδος αυτού του ενισχυτή μπορεί να ελεγχθεί επιλέγοντας τις τιμές αντίστασης ανάδρασης και αντίστασης εισόδου. Ενα αναστροφή εξόδου αθροίσματος ενισχυτή η τάση μπορεί να εκφραστεί ως:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
ο κέρδος αναστροφής αθροιστικού ενισχυτή είναι Gain (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Εδώ είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι, ο ενισχυτής αθροίσματος op-amp μπορεί επίσης να σχεδιαστεί μέσω της διαμόρφωσης Non-Inverting. Αλλά η κύρια διαφορά μεταξύ του ενισχυτή άθροισης αναστροφής και μη αναστροφής είναι η είσοδος αντίσταση . Ένας ενισχυτής άθροισης αναστροφής έχει μικρότερη σύνθετη αντίσταση εισόδου σε σύγκριση με έναν ενισχυτή άθροισης χωρίς αναστροφή λόγω του δικτύου ανάδρασης. Έτσι, τα σήματα εισόδου αυτού του ενισχυτή μπορούν να ενισχυθούν με βάση τις αντιστάσεις που είναι συνδεδεμένες στον ενισχυτή op-amp και το άθροισμα των ενισχυμένων σημάτων εισόδου μπορεί να αναστραφεί και να εμφανιστεί στο op-amp.
Αναστροφή κυκλώματος ενισχυτή αθροίσματος
Ο ενισχυτής αναστροφής άθροισης είναι μια εκτεταμένη έκδοση του σχεδιασμού του αναστρεφόμενου ενισχυτή που σημαίνει ότι παρέχονται αρκετές είσοδοι στο τερματικό αναστροφής του op-amp ενώ το μη αναστροφικό τερματικό είναι συνδεδεμένο στο GND. Το κύκλωμα του ενισχυτή αθροίσματος αναστροφής φαίνεται παρακάτω. Αυτό το κύκλωμα έχει πολλές τάσεις εισόδου που συνδέονται με τον αναστροφικό ακροδέκτη εισόδου του ενισχυτή και η έξοδος θα είναι το ποσό όλων των εφαρμοζόμενων τάσεων εισόδου αλλά ανεστραμμένη.
Στο παραπάνω κύκλωμα, όταν το μη αναστροφικό τερματικό είναι συνδεδεμένο στο GND, το τερματικό αναστροφής βρίσκεται στο εικονικό GND. Έτσι, ο κόμβος εισόδου αναστροφής θα γίνει ένας ιδανικός κόμβος κυρίως για την άθροιση των ρευμάτων i/p.
Αντίστροφη αθροιστική εξίσωση ενισχυτή
Ο ενισχυτής αναστροφής αθροίσματος με χρήση op-amp φαίνεται παρακάτω. Σε αυτό το κύκλωμα, όλα τα προστιθέμενα σήματα εισόδου μπορούν να δοθούν στον ακροδέκτη εισόδου αναστροφής. Έτσι, το κύκλωμα με δύο εισόδους
Στο παραπάνω κύκλωμα, ο μη αναστροφικός ακροδέκτης ή το σημείο Β είναι γειωμένο, λόγω της έννοιας του εικονικού GND, ο κόμβος-Α μπορεί επίσης να βρίσκεται σε εικονικό δυναμικό GND.
VA = VB = 0 —— (I)
Από την πλευρά εισόδου αυτού του κυκλώματος.
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
Η εφαρμογή στον κόμβο-Α και το ρεύμα στην είσοδο op-amp είναι μηδέν.
I = I1 + I2—— (iv)
Από την έξοδο του ενισχυτή,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Αντικαταστήστε τις εξισώσεις ii, iii στο iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/ R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Αν οι τρεις αντιστάσεις R1, R2 & Rf είναι ίσες τότε R1= R2 = Rf, οπότε η παραπάνω εξίσωση θα γίνει ως.
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Επιλέγοντας σωστά τα R1, R2 & Rf, μπορούμε να λάβουμε σταθμισμένη προσθήκη των σημάτων εισόδου όπως π.χ. aV1 + bV2 που υποδεικνύεται από την εξίσωση Vi. Στην πραγματικότητα, με αυτόν τον τρόπο, προστίθενται «n» τάσεις εισόδου.
Επομένως, το μέγεθος της τάσης εξόδου είναι το ποσό των τάσεων εισόδου και έτσι αυτό το κύκλωμα είναι γνωστό ως αθροιστής ή θερινό κύκλωμα. Στην έξοδο, λόγω της αρνητικής ένδειξης του αθροίσματος είναι γνωστός ως ενισχυτής αναστροφής αθροίσματος.
Πώς να εξάγετε τη συνάρτηση μεταφοράς του ενισχυτή αναστροφής άθροισης
Αυτός ο ενισχυτής προσθέτει τα σήματα εισόδου και αναστρέφει την έξοδο. Τα σήματα εισόδου σε αυτόν τον ενισχυτή προστίθενται με το κέρδος τους. Το ακόλουθο κύκλωμα δείχνει τον ενισχυτή αναστροφής αθροίσματος που περιλαμβάνει δύο εισόδους. Η λειτουργία μεταφοράς αυτού του ενισχυτή φαίνεται παρακάτω.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Χρησιμοποιώντας την θεώρημα υπέρθεσης , ας ξεκινήσουμε κάνοντας την είσοδο V2 μηδέν όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Εδώ το κύριο σημείο είναι να καταλάβουμε ότι το επίπεδο τάσης στην είσοδο αναστροφής του οπ-ενισχυτή είναι μηδέν βολτ επειδή η μη αναστρέφουσα είσοδος είναι συνδεδεμένη στο GND.
Αυτός ο λειτουργικός ενισχυτής θα ρυθμίσει τη στάθμη o/p σε μια τάση που φέρνει την αναστροφή της εισόδου σε παρόμοιο εύρος με τη μη αντιστρεφόμενη είσοδο. Αυτό οφείλεται στο πολύ υψηλό διαφορικό κέρδος αυτού του op-amp, όπως 100.000. Εάν το o/p είναι λίγα βολτ (5V), η διαφορική τάση στην είσοδο του λειτουργικού ενισχυτή πρέπει να είναι
Vd = 5V/100.000 = 50uV.
Η είσοδος αναστροφής και μη αναστροφής θεωρείται σε παρόμοιο δυναμικό με λίγα μικροβολτ μεταξύ των εισόδων του op-amp. Το εικονικό GND εντός της εισόδου αναστροφής βοηθά στον προσδιορισμό της πτώσης τάσης στην αντίσταση ανάδρασης «Rf». Δεδομένου ότι η είσοδος αναστροφής είναι στα 0V, η πτώση τάσης πάνω από το Rf είναι παρόμοια με το Vout. Έτσι, το ρεύμα σε όλο το Rf, If μπορεί να γραφτεί ως?
Αν = Vout/Rf
Η ροή του ρεύματος σε όλη την αντίσταση R1 είναι ρεύμα «I1» και μπορεί να γραφτεί όπως η παρακάτω εξίσωση.
I1=V1/R1
Ο Λειτουργικός Ενισχυτής είναι Ιδανικός
Ο λειτουργικός ενισχυτής μπορεί να θεωρηθεί ιδανικός, επομένως το ρεύμα πόλωσης εισόδου «Ib» είναι πολύ κοντά στο μηδέν. Επιπλέον, η αντίσταση «R2» συνδέεται με ένα μόνο σκέλος στο GND ενώ το άλλο σκέλος συνδέεται με έναν εικονικό κόμβο GND. Η ροή του ρεύματος σε όλη την αντίσταση «R2» είναι πολύ κοντά στο μηδέν. Εδώ ο τρέχων νόμος Kirchoff λέει ότι το άθροισμα όλων των ρευμάτων μέσα σε έναν κόμβο είναι μηδέν, επομένως μπορούμε να γράψουμε ότι,
Αν + I1 + I2 + Ib = 0
Μετά την αντικατάσταση των «If» και I1,
Vout/Rf = -V1/R1 ή -V1 (Rf/R1)
Η παραπάνω εξίσωση μοιάζει με τη συνάρτηση μεταφοράς οπ amp σε μια αντιστρεφόμενη διαμόρφωση. Ο ενισχυτής που περιλαμβάνει το V1 στο i/p του είναι ένας κανονικός μετατροπέας αφού η ροή του ρεύματος σε όλο το «R2» είναι μηδενική.
Στις παρακάτω συνθήκες του θεωρήματος υπέρθεσης, αποθηκεύουμε το «V2» και κάνουμε το «V1» μηδέν. Οι ακόλουθες παρόμοιες ιδέες όπως για το «V1», η τάση o/p Vout2 όποτε υπάρχει μόνο «V2» στον ενισχυτή εισόδου είναι.
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Λειτουργία μεταφοράς:
Προσθέτοντας τις δύο τάσεις o/p, το T.F του αναστροφικού αθροιστικού ενισχυτή
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Η λειτουργία μεταφοράς αυτού του ενισχυτή με σήματα εισόδου «n» είναι
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Παράδειγμα 1:
Ας υποθέσουμε τις τιμές των αντιστάσεων για την αναστροφή αθροιστικού ενισχυτή Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms. Τα σήματα ήχου εισόδου αυτού του ενισχυτή είναι 'Vinput1 = 1V και Vinput2 = 2V, επομένως υπολογίστε το Vout για αυτόν τον ενισχυτή.
Γνωρίζουμε ότι Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms.
Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V
Αν αντικαταστήσουμε αυτές τις τιμές στην αθροιστική εξίσωση του ενισχυτή, μπορούμε να πάρουμε.
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
Η τάση εξόδου είναι -30Volts, η οποία είναι ένα ενισχυμένο & άθροισμα των σημάτων εισόδου μετά τη ρύθμιση των τιμών αντίστασης. Διαφορετικοί παράγοντες αλλάζουν την έξοδο ενός ενισχυτή όπως. προϊόν κέρδους εύρους ζώνης, εφέ τροφοδοσίας τάσης και φόρτωσης. Ωστόσο, το παραπάνω παράδειγμα αθροιστικού ενισχυτή παρέχει πληροφορίες για τη θεμελιώδη αριθμητική και την αλληλεπίδραση των στοιχείων που οδηγούν αυτόν τον ενισχυτή. Η διαδικασία άθροισης και ενίσχυσης σημάτων μπορεί να κλιμακωθεί ώστε να περιλαμβάνει διάφορα σήματα από κοινού.
Παράδειγμα 2:
Ποια θα είναι η τάση εξόδου για το ακόλουθο κύκλωμα αθροιστικού ενισχυτή εάν τρία σήματα ήχου οδηγούν αυτόν τον ενισχυτή;
Για κάθε κανάλι στο παραπάνω κύκλωμα, τα κέρδη τάσης κλειστού βρόχου μπορούν να μετρηθούν ως:
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 Kilo Ohms / 20 Kilo Ohms) => – 5 Kilo Ohms.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 Kilo Ohms / 10 Kilo Ohms) => ACL2 = – 10 Kilo Ohms.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 Kilo Ohms / 50 Kilo Ohms) => ACL3 = – 2 Kilo Ohms.
Η τάση o/p για αυτόν τον αθροιστικό ενισχυτή μπορεί να δοθεί ως:
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVolts) + (10 * 200 mVolts) + (2 * 300 mVolt)]
= – (0,5 Volt + 2 Volt + 0,6 Volt) => – 3,1 Volt.
Πλεονεκτήματα μειονεκτήματα
ο πλεονεκτήματα της αναστροφής ενός αθροιστικού ενισχυτή περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Το σημείο άθροισης σε αυτόν τον ενισχυτή είναι ουσιαστικά στο δυναμικό γείωσης και επομένως οι ρυθμίσεις καθώς και τα σήματα από κάθε διαφορετικό κανάλι δεν επηρεάζουν το ένα το άλλο. Έτσι, κάθε κανάλι αναμιγνύεται ή αθροίζεται εκτός από το επίπεδο σήματος κ.λπ.
- Αυτός ο ενισχυτής επιτρέπει στους ειδικούς ήχου να συγχωνεύουν σήματα από διαφορετικά κανάλια και να τα αναπαράγουν σε ένα μοναδικό κομμάτι. Κάθε μεμονωμένη είσοδος ήχου διαμορφώνεται χωριστά χωρίς να διαταράσσεται η έξοδος.
Αυτό το είδος ενισχυτή παρέχει απομόνωση μεταξύ των μεμονωμένων εισόδων και εξόδων λόγω του εικονικού GND του στον κόμβο.
ο μειονεκτήματα της αναστροφής ενός αθροιστικού ενισχυτή περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Το κύριο μειονέκτημα ενός ενισχυτή αναστροφής άθροισης είναι ότι έχει αρκετά χαμηλότερο κέρδος σε σύγκριση με τον μη αναστρεφόμενος τύπος .
- Αυτός ο ενισχυτής είναι ευαίσθητος στο θόρυβο, επομένως υποβαθμίζει την αναλογία S/N και μειώνει την ακρίβεια του σήματος εξόδου.
- Ο υπολογισμός αυτού του ενισχυτή γίνεται πολύπλοκος όταν αυξάνεται ο αριθμός των εισόδων.
- Η αντιστροφή του αθροίσματος σε αυτόν τον ενισχυτή μπορεί να μην είναι επιθυμητή σε ορισμένες περιπτώσεις.
Εφαρμογές
ο εφαρμογές αναστροφής αθροίσματος ενισχυτών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Η αναστροφή του αθροιστικού ενισχυτή βοηθά στην αναστροφή της πολικότητας (ή) φάσης του σήματος o/p του ενισχυτή με το σήμα εισόδου.
- Αυτή είναι μια πολύ εξειδικευμένη διαμόρφωση ενισχυτή όπου τα σήματα εισόδου αθροίζονται και αναστρέφονται στην έξοδο.
- Αυτός ο τύπος αθροιστικού ενισχυτή χρησιμοποιείται για την προσθήκη των σημάτων.
- Αυτός ο ενισχυτής χρησιμοποιείται για την προσθήκη διαφορετικών σημάτων με ισοδύναμα κέρδη στον μείκτη ήχου.
- Αυτός ο αθροιστικός ενισχυτής χρησιμοποιείται για την εφαρμογή τάσης μετατόπισης DC μέσω τάσης σήματος AC.
- Μπορεί επίσης να λειτουργήσει ως αφαιρέτης παρέχοντας απλώς μια τάση o/p που είναι ισοδύναμη με τη διακύμανση δύο τάσεων.
Έτσι, αυτή είναι μια επισκόπηση ενός αναστροφικού ενισχυτή, των κυκλωμάτων, της λειτουργίας, της παραγωγής, των πλεονεκτημάτων, των μειονεκτημάτων και των εφαρμογών. Η κύρια λειτουργία αυτού του ενισχυτή είναι να αντιστρέφει τη φάση του σήματος o/p. Αυτά τα ενισχυτές έχουν χαμηλή σύνθετη αντίσταση εξόδου, υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου και πολύ ευέλικτες τιμές κυκλώματος που μπορούν εύκολα να ρυθμιστούν ώστε να χειρίζονται το κέρδος κάθε σήματος εισόδου.
Ο λειτουργικός ενισχυτής στην άθροιση κύκλωμα ενισχυτή καθορίζει τη συμπεριφορά του. Το op-amp σε αυτόν τον ενισχυτή λειτουργεί σε λειτουργία παρακολούθησης τάσης ή μετατροπέα. Η εξίσωση αυτού του ενισχυτή δείχνει απλώς την τάση o/p που είναι σχετική με τις τάσεις εισόδου καθώς και τις αντιστάσεις εντός του κυκλώματος. Αυτοί οι αθροιστικοί ενισχυτές χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές πρακτικές εφαρμογές όπως π. μίκτες ήχου, όπου διαφορετικά σήματα εισόδου συγχωνεύονται σε μια ενιαία έξοδο. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι ένας μη αντιστρεφόμενος αθροιστικός ενισχυτής;
