Eine der Hauptanwendungen von Operationsverstärkern ist die Summierverstärker oder Addierer. Wenn die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers sehr groß ist, wird das über einem Eingangssignal liegende Signal an den invertierenden Verstärker weitergeleitet, um das gegebene Signal am Ausgang zu addieren, den sogenannten Summierverstärker. Dies ist eine Operationsverstärkerschaltung, bei der unterschiedliche Spannungseingangssignale hinzugefügt werden invertierender Verstärker in eine einzige Ausgangsspannung umwandeln. Daher wird diese Schaltung basierend auf dem Vorzeichen des Ausgangs in zwei Typen eingeteilt; invertierender Summierverstärker und nichtinvertierender Summierverstärker. Dieser Artikel enthält kurze Informationen zu einem invertierender Summierverstärker , seine Funktionsweise und seine Anwendungen.
Was ist ein invertierender Summierverstärker?
Ein invertierender Summierverstärker ist eine der wichtigsten Operationsverstärkerkonfigurationen, bei der die Eingangssignale summiert und am Ausgang invertiert werden. Dieser Verstärker invertiert die Phase oder Polarität des Ausgangssignals im Vergleich zum Eingangssignal. In dieser Verstärkerkonfiguration erhält der invertierende Eingang des Operationsverstärkers die Eingangsspannung und der nichtinvertierende Eingang ist mit GND verbunden. Somit kann die Verstärkung dieses Verstärkers durch die Wahl der Rückkopplungswiderstands- und Eingangswiderstandswerte gesteuert werden.
Rolle des Operationsverstärkers im Summierverstärker:
In der Summierverstärkerschaltung ist der Operationsverstärker bzw Operationsverstärker spielt eine Schlüsselrolle. Das Verständnis des Operationsverstärkers bestimmt das Verhalten des Summierverstärkers. Ein Operationsverstärker ist ein Spannungsverstärker mit hoher Verstärkung, der über einen Differenzeingang und einen Single-Ended-Ausgang verfügt. Die Ausgangsspannung im Operationsverstärker ist proportional zur Variation innerhalb der beiden Eingangsspannungen.
Der Operationsverstärker in einem Summierverstärker wird in zwei verschiedenen Modi verwendet; Spannungsfolger- und Wechselrichtermodus.
- Im Spannungsfolgermodus reproduziert die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers die Eingangsspannung, wodurch sich der Operationsverstärker hauptsächlich zur Signalpufferung eignet.
- Im Wechselrichtermodus kann die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers verstärkt und in die Eingangsspannung umgewandelt werden.
Die Funktion des Summierverstärkers hängt stark von der Konfiguration des Operationsverstärkers ab. Der Betrieb des Operationsverstärkers im Summierverstärker sorgt also für eine präzise, verstärkte und möglicherweise invertierte Berechnung der Eingangsspannungen, die dem Summierverstärker zugeführt werden.
Invertierender Summierverstärker funktioniert
Dieser invertierende Summierverstärker funktioniert durch Umkehren der Polarität (oder) Phase des O/P-Signals des Verstärkers für das I/P-Signal. Das Eingangssignal dieses Verstärkers wird also an den invertierenden Eingang und der nichtinvertierende Eingang an den Erdungsanschluss gegeben. Das erzeugbare verstärkte Ausgangssignal ist immer um 180° phasenverschoben zum Eingang. Ein positiver Eingang dieses Verstärkers ergibt einen negativen Ausgang und umgekehrt. Die Verstärkung dieses Verstärkers kann durch Auswahl der Rückkopplungswiderstands- und Eingangswiderstandswerte gesteuert werden. Ein invertierender Summierverstärkerausgang Spannung kann ausgedrückt werden als:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
Der Verstärkung des invertierenden Summierverstärkers ist Verstärkung (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Hier ist es wichtig zu beachten, dass der Operationsverstärker-Summierungsverstärker auch durch die nichtinvertierende Konfiguration ausgelegt werden kann. Der Hauptunterschied zwischen dem invertierenden und dem nichtinvertierenden Summierverstärker ist jedoch der Eingang Impedanz . Aufgrund des Rückkopplungsnetzwerks hat ein invertierender Summierverstärker im Vergleich zu einem nicht invertierenden Summierverstärker eine geringere Eingangsimpedanz. Die Eingangssignale dieses Verstärkers können also anhand der an den Operationsverstärker angeschlossenen Widerstände verstärkt werden. Die Summe der verstärkten Eingangssignale kann invertiert werden und am Operationsverstärker sichtbar werden.
Invertierende Summierverstärkerschaltung
Der invertierende Summierverstärker ist eine erweiterte Version des invertierenden Verstärkerdesigns, was bedeutet, dass mehrere Eingänge am invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers bereitgestellt werden, während der nicht invertierende Anschluss mit GND verbunden ist. Die invertierende Summierverstärkerschaltung ist unten dargestellt. Diese Schaltung verfügt über mehrere Eingangsspannungen, die an den invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers angeschlossen sind. Der Ausgang entspricht dem Betrag aller angelegten Eingangsspannungen, jedoch invertiert.
Wenn in der obigen Schaltung der nichtinvertierende Anschluss mit GND verbunden ist, liegt der invertierende Anschluss auf virtuellem GND. Somit wird der invertierende Eingangsknoten zu einem idealen Knoten, hauptsächlich zum Summieren der I/P-Ströme.
Invertierende Summierverstärkergleichung
Der invertierende Summierverstärker mit Operationsverstärker ist unten dargestellt. In dieser Schaltung können alle addierten Eingangssignale an den invertierenden Eingangsanschluss gegeben werden. Also die Schaltung mit zwei Eingängen
In der obigen Schaltung ist der nichtinvertierende Anschluss oder Punkt B geerdet, aufgrund des virtuellen GND-Konzepts kann der Knoten A auch auf virtuellem GND-Potenzial liegen.
VA = VB = 0 —— (I)
Von der Eingangsseite dieser Schaltung;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
Die Anwendung am Knoten A und der Strom am Eingangs-Operationsverstärker sind Null.
I = I1 + I2—— (iv)
Vom Ausgang des Verstärkers,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Ersetzen Sie die Gleichungen ii, iii in iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Wenn die drei Widerstände R1, R2 und Rf gleich sind, gilt R1 = R2 = Rf, sodass die obige Gleichung wie folgt lautet:
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Durch die richtige Auswahl von R1, R2 und Rf können wir eine gewichtete Addition der Eingangssignale erhalten, z. aV1 + bV2, was durch die Vi-Gleichung angegeben wird. Tatsächlich werden auf diese Weise „n“ Eingangsspannungen addiert.
Daher ist die Größe der Ausgangsspannung die Größe der Eingangsspannungen und daher wird diese Schaltung als Addierer- oder Summiererschaltung bezeichnet. Am Ausgang spricht man aufgrund der negativen Anzeige der Summe von invertierendem Summierverstärker.
So leiten Sie die Übertragungsfunktion des invertierenden Summierverstärkers ab
Dieser Verstärker addiert die Eingangssignale und invertiert den Ausgang. Die Eingangssignale in diesem Verstärker werden mit ihrer Verstärkung addiert. Die folgende Schaltung zeigt den invertierenden Summierverstärker inklusive zwei Eingängen. Die Übertragungsfunktion dieses Verstärkers ist unten dargestellt.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Verwendung der Superpositionssatz Beginnen wir damit, den V2-Eingang auf Null zu setzen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Hier geht es vor allem darum, zu verstehen, dass der Spannungspegel am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers null Volt beträgt, da der nichtinvertierende Eingang mit GND verbunden ist.
Dieser Operationsverstärker stellt den O/P-Pegel auf eine Spannung ein, die seinen invertierenden Eingang in einen ähnlichen Bereich wie den nichtinvertierenden Eingang bringt. Das liegt also an der sehr hohen Differenzverstärkung dieses Operationsverstärkers von etwa 100.000. Wenn der O/P einige Volt (5 V) beträgt, muss die Differenzspannung am Eingang des Operationsverstärkers gleich sein
Vd = 5 V/100.000 = 50 uV.
Der invertierende und der nichtinvertierende Eingang haben ein ähnliches Potenzial mit wenigen Mikrovolt zwischen den Eingängen des Operationsverstärkers. Der virtuelle GND im invertierenden Eingang hilft bei der Bestimmung des Spannungsabfalls am „Rf“-Rückkopplungswiderstand. Da der invertierende Eingang bei 0 V liegt, ist der Spannungsabfall über Rf ähnlich wie Vout. Somit kann der Strom durch Rf, If geschrieben werden als;
Wenn = Vout/Rf
Der Stromfluss durch den R1-Widerstand ist der Strom „I1“ und kann wie die folgende Gleichung geschrieben werden.
I1=V1/R1
Operationsverstärker ist ideal
Der Operationsverstärker kann als ideal angesehen werden, sodass der Eingangsruhestrom „Ib“ sehr nahe bei Null liegt. Darüber hinaus ist der Widerstand „R2“ mit einem Zweig mit GND verbunden, während der andere Zweig mit einem virtuellen GND-Knoten verbunden ist. Der Stromfluss durch den Widerstand „R2“ liegt sehr nahe bei Null. Hier besagt das aktuelle Kirchoff-Gesetz, dass die Summe aller Ströme innerhalb eines Knotens Null ist, daher können wir Folgendes schreiben:
Wenn + I1 + I2 + Ib = 0
Nach dem Ersetzen von „If“ und I1,
Vout/Rf = -V1/R1 oder -V1 (Rf/R1)
Die obige Gleichung ähnelt der Übertragungsfunktion des Operationsverstärkers in einer invertierenden Konfiguration. Der Verstärker mit V1 in seinem I/P ist ein regulärer Wechselrichter, da der Stromfluss durch „R2“ Null ist.
In den folgenden Bedingungen des Überlagerungssatzes speichern wir „V2“ und machen „V1“ zu Null. Die folgenden ähnlichen Ideen wie für „V1“, die O/P-Spannung Vout2, wenn nur „V2“ im Eingangsverstärker vorhanden ist;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Übertragungsfunktion:
Durch Addition der beiden O/P-Spannungen ergibt sich der TF des invertierenden Summierverstärkers
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Die Übertragungsfunktion dieses Verstärkers mit „n“ Eingangssignalen ist
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Beispiel 1:
Nehmen wir an, dass die Werte der Widerstände für den invertierenden Summierverstärker Rf = 100 KOhm, R1 = 10 KOhm und R2 = 10 KOhm sind. Die Eingangs-Audiosignale dieses Verstärkers sind Vinput1 = 1 V und Vinput2 = 2 V, also berechnen Sie Vout für diesen Verstärker.
Wir wissen, dass Rf = 100 KOhm, R1 = 10 KOhm und R2 = 10 KOhm.
Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V
Wenn wir diese Werte in die Summierverstärkergleichung einsetzen, erhalten wir:
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
Die Ausgangsspannung beträgt -30 Volt und ist eine Verstärkung und Summe der Eingangssignale nach Anpassung der Widerstandswerte. Verschiedene Faktoren verändern die Leistung eines Verstärkers, wie zum Beispiel: Verstärkungsbandbreitenprodukt, Spannungsversorgung und Belastungseffekte. Das obige Beispiel eines Summierverstärkers bietet jedoch Einblick in die grundlegende Arithmetik und Interaktion der Komponenten, die diesen Verstärker antreiben. Der Prozess des Summierens und Verstärkens von Signalen kann skaliert werden, um verschiedene Signale gemeinsam einzubeziehen.
Beispiel2:
Wie hoch wird die Ausgangsspannung für die folgende Summierverstärkerschaltung sein, wenn drei Audiosignale diesen Verstärker ansteuern?
Für jeden Kanal in der obigen Schaltung können die Spannungsverstärkungen im geschlossenen Regelkreis gemessen werden als:
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.
Die O/P-Spannung für diesen Summierverstärker kann wie folgt angegeben werden:
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.
Vorteile Nachteile
Der Vorteile der Invertierung eines Summierverstärkers das Folgende einschließen.
- Der Summierungspunkt dieses Verstärkers liegt praktisch auf Erdpotential und daher beeinflussen sich die Einstellungen sowie die Signale der einzelnen Kanäle nicht gegenseitig. Auf diese Weise wird jeder Kanal bis auf den Signalpegel usw. gemischt oder summiert.
- Mit diesem Verstärker können Audioexperten Signale verschiedener Kanäle zusammenführen und auf einer einzigen Spur wiedergeben. Jeder einzelne Audioeingang wird separat konfiguriert, ohne die Ausgabe zu stören.
Diese Art von Verstärker sorgt aufgrund seines virtuellen GND am Knoten für eine Isolierung zwischen den einzelnen Ein- und Ausgängen.
Der Nachteile der Invertierung eines Summierverstärkers das Folgende einschließen.
- Der Hauptnachteil eines invertierenden Summierverstärkers besteht darin, dass er im Vergleich zu diesem eine relativ geringere Verstärkung hat nicht invertierender Typ .
- Dieser Verstärker reagiert empfindlich auf Rauschen, wodurch sich das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert und die Präzision des Ausgangssignals abnimmt.
- Die Berechnung dieses Verstärkers wird komplexer, wenn die Anzahl der Eingänge steigt.
- Die Umkehrung der Summe in diesem Verstärker ist in manchen Fällen möglicherweise nicht wünschenswert.
Anwendungen
Der Anwendungen mit invertierenden Summierverstärkern das Folgende einschließen.
- Das Invertieren des Summierverstärkers hilft dabei, die Polarität (oder) Phase des O/P-Signals des Verstärkers mit dem Eingangssignal umzukehren.
- Dies ist eine sehr spezielle Verstärkerkonfiguration, bei der die Eingangssignale summiert und am Ausgang invertiert werden.
- Diese Art von Summierverstärker dient der Addition der Signale.
- Dieser Verstärker wird zum Hinzufügen verschiedener Signale mit gleicher Verstärkung im Audiomischer verwendet.
- Dieser Summierverstärker wird verwendet, um eine DC-Offsetspannung über eine AC-Signalspannung anzulegen.
- Er kann auch als Subtrahierer arbeiten, indem er einfach eine O/P-Spannung liefert, die der Variation zweier Spannungen entspricht.
Dies ist also ein Überblick über einen invertierenden Verstärker, Schaltkreise, Funktionsweise, Ableitung, Vor- und Nachteile sowie Anwendungen. Die Hauptfunktion dieses Verstärkers besteht darin, die Phase des O/P-Signals umzukehren. Diese Verstärker haben eine niedrige Ausgangsimpedanz, eine hohe Eingangsimpedanz und sehr flexible Schaltungswerte, die leicht angepasst werden können, um die Verstärkung jedes Eingangssignals zu bewältigen.
Der Operationsverstärker im Summierer Verstärkerschaltung bestimmt sein Verhalten. Der Operationsverstärker in diesem Verstärker arbeitet im Spannungsfolger- oder Invertermodus. Die Gleichung dieses Verstärkers gibt einfach die O/P-Spannung an, die sich auf die Eingangsspannungen sowie die Widerstände innerhalb der Schaltung bezieht. Diese Summierverstärker werden in verschiedenen praktischen Anwendungen eingesetzt, z. Audiomischer, überall dort, wo verschiedene Eingangssignale zu einem einzigen Ausgang zusammengeführt werden. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist ein nichtinvertierender Summierverstärker?
