Jedna od glavnih primjena op-amp je zbrajajuće pojačalo odnosno zbrajalo. Kada je ulazna impedancija operacijskog pojačala ogromna, iznad jednog ulaznog signala daje se invertirajućem pojačalu za dodavanje danog signala na izlazu, poznatom kao zbrajajuće pojačalo. Ovo je krug op-amp gdje god se dodaju različiti ulazni signali napona invertirajuće pojačalo u jedan izlazni napon. Dakle, ovaj sklop je klasificiran u dvije vrste na temelju predznaka izlaza; invertirajuće sumirajuće pojačalo i neinvertirajuće sumirajuće pojačalo. Ovaj članak pruža kratke informacije o invertirajuće zbrajajuće pojačalo , njegov rad i njegove primjene.
Što je invertirajuće zbrajajuće pojačalo?
Invertirajuće sumirajuće pojačalo jedna je od glavnih konfiguracija operacijskih pojačala gdje se ulazni signali zbrajaju i invertiraju na izlazu. Ovo pojačalo invertira fazu ili polaritet izlaznog signala u usporedbi s ulaznim signalom. U ovoj konfiguraciji pojačala, invertirajući ulaz operacijskog pojačala dobiva ulazni napon, a neinvertirajući ulaz spojen je na GND. Stoga se pojačanje ovog pojačala može kontrolirati izborom otpornika povratne veze i vrijednosti ulaznog otpornika.
Uloga op-pojačala u sumirajućem pojačalu:
U krugu zbrajajućeg pojačala, op-amp ili operacijsko pojačalo igra ključnu ulogu. Razumijevanje operacijskog pojačala odredit će ponašanje zbrajajućeg pojačala. Op-amp je naponsko pojačalo visokog pojačanja koje uključuje diferencijalni ulaz i jednostrani izlaz. Izlazni napon u op-ampu proporcionalan je varijaciji unutar dvaju ulaznih napona.
Operacijsko pojačalo u sumirajućem pojačalu koristi se u dva različita načina rada; naponski pratilac i inverterski način rada.
- U načinu rada za praćenje napona, izlazni napon operacijskog pojačala reproducira ulazni napon kako bi operacijsko pojačalo bilo idealno uglavnom za međuspremnik signala.
- U Inverter modu, izlazni napon operacijskog pojačala može se pojačati i invertirati u ulazni napon.
Funkcioniranje zbrajajućeg pojačala iznimno ovisi o konfiguraciji operacijskog pojačala. Dakle, rad operacijskog pojačala u sumirajućem pojačalu osigurava precizan, pojačan i potencijalno invertiran izračun ulaznih napona koji se dostavljaju sumirajućem pojačalu.
Invertirajuće zbrajajuće pojačalo radi
Ovo invertirajuće zbrajajuće pojačalo radi invertiranjem polariteta (ili) faze o/p signala pojačala za i/p signal. Dakle, ulazni signal ovog pojačala se daje na invertirajući ulaz, a neinvertirajući ulaz na terminal za uzemljenje. Pojačani izlazni signal koji se može generirati uvijek je 180° izvan faze u odnosu na ulaz. Pozitivan ulaz ovog pojačala daje negativan izlaz i obrnuto. Pojačanje ovog pojačala može se kontrolirati odabirom vrijednosti povratnog otpornika i ulaznog otpornika. An invertirajući sumirajući izlaz pojačala napon se može izraziti kao:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
The dobitak invertirajućeg zbrajajućeg pojačala je pojačanje (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Ovdje je važno napomenuti da se sumirajuće pojačalo operacijskog pojačala također može dizajnirati kroz neinvertirajuću konfiguraciju. Ali glavna razlika između invertirajućeg i neinvertirajućeg zbrajajućeg pojačala je ulazni impedancija . Invertirajuće sumirajuće pojačalo ima manju ulaznu impedanciju u usporedbi s neinvertirajućim sumirajućim pojačalom zbog mreže povratne sprege. Dakle, ulazni signali ovog pojačala mogu se pojačati na temelju otpornika spojenih na operacijsko pojačalo, a zbroj pojačanih ulaznih signala može se obrnuti i doći u prikaz operativnog pojačala.
Krug invertirajućeg zbrajajućeg pojačala
Invertirajuće zbrajajuće pojačalo je opsežna verzija dizajna invertirajućeg pojačala što znači da je nekoliko ulaza omogućeno invertirajućem terminalu operacijskog pojačala dok je neinvertirajući terminal spojen na GND. Krug invertirajućeg zbrajajućeg pojačala prikazan je dolje. Ovaj sklop ima nekoliko ulaznih napona koji su spojeni na invertirajući ulazni terminal pojačala, a izlaz će biti iznos svih primijenjenih ulaznih napona, ali invertiranih.
U gornjem krugu, kada je neinvertirajući terminal spojen na GND, invertirajući terminal je na virtualnom GND-u. Stoga će invertirajući ulazni čvor postati idealan čvor uglavnom za zbrajanje i/p struja.
Invertirajuća jednadžba zbrajanja pojačala
Dolje je prikazano invertirajuće sumirajuće pojačalo koje koristi op-amp. U ovom krugu, svi dodani ulazni signali mogu se dati na invertirajući ulazni terminal. Dakle, sklop s dva ulaza
U gornjem krugu, neinvertirajući terminal ili točka B je uzemljen, zbog virtualnog GND koncepta, čvor-A također može biti na virtualnom GND potencijalu.
VA = VB = 0 —— (I)
S ulazne strane ovog sklopa;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
Primjena na čvoru A i struja na ulazu op-amp je nula.
I = I1 + I2—— (iv)
Iz izlaza pojačala,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Zamijenite ii, iii jednadžbe u iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Ako su tri otpora R1, R2 & Rf jednaka tada je R1= R2 = Rf, pa će gornja jednadžba postati sljedeća:
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Pravilnim odabirom R1, R2 & Rf, možemo dobiti ponderirani dodatak ulaznih signala kao što su; aV1 + bV2 što je naznačeno Vi jednadžbom. Zapravo se na takav način zbrajaju 'n' ulaznih napona.
Prema tome, veličina izlaznog napona je iznos ulaznih napona i stoga je ovaj krug poznat kao zbrajalo ili ljetni krug. Na izlazu, zbog negativne indikacije zbroja, poznat je kao invertirajuće sumirajuće pojačalo.
Kako izvesti prijenosnu funkciju invertirajućeg sumirajućeg pojačala
Ovo pojačalo dodaje ulazne signale i invertira izlaz. Ulazni signali u ovom pojačalu zbrajaju se sa svojim pojačanjem. Sljedeći krug prikazuje invertirajuće zbrajajuće pojačalo uključujući dva ulaza. Prijenosna funkcija ovog pojačala prikazana je dolje.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Koristiti teorem superpozicije , započnimo postavljanjem V2 ulaza na nulu kao što je prikazano na sljedećoj slici. Ovdje je glavna poanta razumjeti da je razina napona na invertirajućem ulazu operacijskog pojačala nula volti jer je neinvertirajući ulaz spojen na GND.
Ovo operacijsko pojačalo će postaviti o/p razinu na napon koji dovodi njegov invertirajući ulaz u raspon sličan neinvertirajućem ulazu. Dakle, to je zbog vrlo visokog diferencijalnog pojačanja ovog op-pojačala od 100.000. Ako je o/p nekoliko volti (5V), diferencijalni napon na ulazu operacijskog pojačala mora biti
Vd = 5V/100 000 = 50uV.
Invertirajući i neinvertirajući ulaz smatra se sličnim potencijalom s nekoliko mikrovolta između ulaza operacijskog pojačala. Virtualni GND unutar invertirajućeg ulaza pomaže u određivanju pada napona na 'Rf' povratnom otporniku. Budući da je invertirajući ulaz na 0 V, pad napona iznad Rf sličan je Vout. Stoga se struja kroz Rf, If može napisati kao;
Ako je = Vout/Rf
Protok struje kroz otpornik R1 je struja 'I1' i može se napisati kao sljedeća jednadžba.
I1=V1/R1
Operacijsko pojačalo je idealno
Operacijsko pojačalo se može smatrati idealnim, tako da je ulazna prednaponska struja 'Ib' vrlo blizu nule. Osim toga, otpornik 'R2' je spojen jednim krakom na GND, dok je drugi krak spojen na virtualni GND čvor. Protok struje kroz otpornik 'R2' vrlo je blizu nule. Ovdje Kirchoffov trenutni zakon kaže da je zbroj svih struja unutar čvora nula, stoga možemo napisati da,
Ako je + I1 + I2 + Ib = 0
Nakon zamjene 'If' & I1,
Vout/Rf = -V1/R1 ili -V1 (Rf/R1)
Gornja jednadžba izgleda slično prijenosnoj funkciji operacijskog pojačala u invertirajućoj konfiguraciji. Pojačalo koje uključuje V1 u svom i/p je obični pretvarač budući da je protok struje kroz 'R2' jednak nuli.
U sljedećim uvjetima teorema superpozicije, pohranjujemo 'V2' i činimo 'V1' nulom. Sljedeće slične ideje kao za 'V1', o/p napon Vout2 kad god postoji samo 'V2' unutar ulaznog pojačala je;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Prijenosna funkcija:
Dodavanjem dva o/p napona, T.F invertirajućeg zbrajajućeg pojačala
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Prijenosna funkcija ovog pojačala s 'n' ulaznih signala je
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Primjer1:
Pretpostavimo vrijednosti otpornika za invertirajuće sumirajuće pojačalo Rf = 100 KOhms, R1 = 10 KOhms & R2 = 10 KOhms. Ulazni audio signali ovog pojačala su Vinput1 = 1V i Vinput2 = 2V, pa izračunajte Vout za ovo pojačalo.
Znamo da je Rf = 100 KOhms, R1 = 10 KOhms & R2 = 10 KOhms.
Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V
Ako zamijenimo ove vrijednosti u jednadžbi zbrajanja pojačala, možemo dobiti;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
Izlazni napon je -30Volta, što je pojačani i zbroj ulaznih signala nakon podešavanja vrijednosti otpora. Različiti faktori mijenjaju izlaz pojačala kao što su; umnožak širine pojasa, napon napajanja i učinci opterećenja. Međutim, gornji primjer zbrajajućeg pojačala daje uvid u temeljnu aritmetiku i interakciju komponenti koje pokreću ovo pojačalo. Proces zbrajanja i pojačavanja signala može se povećati tako da zajedno uključuje različite signale.
Primjer2:
Koliki će biti izlazni napon za sljedeći krug zbrajajućeg pojačala ako tri audio signala pokreću ovo pojačalo?
Za svaki kanal u gornjem krugu, pojačanja napona zatvorene petlje mogu se mjeriti kao;
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 Kilo Ohma / 20 Kilo Ohma) => – 5 Kilo Ohma.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 Kilo Ohma / 10 Kilo Ohma) => ACL2 = – 10 Kilo Ohma.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 Kilo Ohma / 50 Kilo Ohma) => ACL3 = – 2 Kilo Ohma.
O/p napon za ovo sumirajuće pojačalo može se dati kao;
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVolti) + (10 * 200 mVolti) + (2 * 300 mVolti)]
= – (0,5 Volta + 2 Volta + 0,6 Volta) => – 3,1 Volta.
Prednosti mane
The prednosti invertiranja zbrajajućeg pojačala uključuju sljedeće.
- Točka zbrajanja u ovom pojačalu je praktički na potencijalu zemlje i stoga postavke kao i signali sa svakog različitog kanala ne utječu jedni na druge. Na ovaj način, svaki kanal se miješa ili zbraja odvojeno od razine signala, itd.
- Ovo pojačalo omogućuje audio stručnjacima da spoje signale iz različitih kanala i reproduciraju ih u jedinstvenu pjesmu. Svaki pojedinačni audio ulaz konfigurira se zasebno bez ometanja izlaza.
Ova vrsta pojačala daje izolaciju između pojedinačnih ulaza i izlaza zbog svog virtualnog GND-a na čvoru.
The nedostaci invertiranja zbrajajućeg pojačala uključuju sljedeće.
- Glavni nedostatak invertirajućeg zbrajajućeg pojačala je taj što ima prilično niži dobitak u usporedbi s neinvertirajući tip .
- Ovo pojačalo je osjetljivo na šum pa degradira omjer S/N i smanjuje preciznost izlaznog signala.
- Proračun ovog pojačala postaje složen kada se povećava broj ulaza.
- Inverzija zbroja u ovom pojačalu možda nije poželjna u nekim slučajevima.
Prijave
The aplikacije invertirajućeg zbrajajućeg pojačala uključuju sljedeće.
- Invertiranje zbrajajućeg pojačala pomaže u invertiranju polariteta (ili) faze o/p signala pojačala s ulaznim signalom.
- Ovo je vrlo specijalizirana konfiguracija pojačala gdje god se ulazni signali zbrajaju i invertiraju na izlazu.
- Ova vrsta zbrajajućeg pojačala koristi se za zbrajanje signala.
- Ovo pojačalo se koristi za dodavanje različitih signala s ekvivalentnim dobicima u audio mikseru.
- Ovo zbrajajuće pojačalo se koristi za primjenu istosmjernog napona pomaka kroz napon izmjeničnog signala.
- Također može raditi kao oduzimač jednostavnim davanjem o/p napona koji je ekvivalentan varijaciji dvaju napona.
Dakle, ovo je pregled invertirajućeg pojačala, sklopova, rada, derivacije, prednosti, nedostataka i primjene. Glavna funkcija ovog pojačala je invertiranje faze o/p signala. ove pojačala imaju nisku izlaznu impedanciju, visoku ulaznu impedanciju i vrlo fleksibilne vrijednosti strujnog kruga koje se mogu lako prilagoditi kako bi podnijele pojačanje svakog ulaznog signala.
Operacijsko pojačalo u zbrajanju krug pojačala određuje njegovo ponašanje. Op-amp u ovom pojačalu radi u naponskom sljedbeniku ili inverteru. Jednadžba ovog pojačala jednostavno označava o/p napon koji je relativan u odnosu na ulazne napone kao i na otpornike unutar kruga. Ova sumirajuća pojačala koriste se u različitim praktičnim primjenama kao što su; audio mikseri, gdje god se različiti ulazni signali spajaju u jedan izlaz. Ovdje je pitanje za vas, što je neinvertirajuće zbrajajuće pojačalo?
