Salah satu aplikasi utama op-amp ialah penguat penjumlahan atau penambah. Apabila impedans input op-amp adalah besar, di atas satu isyarat input diberikan kepada penguat penyongsangan untuk menambah isyarat yang diberikan pada output, yang dikenali sebagai penguat penjumlahan. Ini ialah litar op-amp di mana-mana sahaja isyarat input voltan yang berbeza ditambahkan pada penguat penyongsangan menjadi satu voltan keluaran. Jadi, litar ini dikelaskan kepada dua jenis berdasarkan tanda keluaran; penguat penjumlahan terbalik & penguat penjumlahan bukan penyongsangan. Artikel ini menyediakan maklumat ringkas tentang a penguat penjumlahan terbalik , cara kerjanya dan aplikasinya.
Apakah itu Inverting Summing Amplifier?
Penguat penjumlahan terbalik ialah salah satu konfigurasi op-amp utama di mana isyarat input dijumlahkan & diterbalikkan pada output. Penguat ini menyongsangkan fasa atau kekutuban isyarat keluaran berbanding isyarat masukan. Dalam konfigurasi penguat ini, input penyongsangan op-amp mendapat voltan input dan input bukan penyongsangan disambungkan kepada GND. Oleh itu, keuntungan penguat ini boleh dikawal melalui pilihan nilai perintang maklum balas & perintang masukan.
Peranan Op-Amp dalam Penguat Penjumlahan:
Dalam litar penguat penjumlahan, op-amp atau penguat operasi memainkan peranan utama. Memahami op-amp akan menentukan tingkah laku penguat penjumlahan. Op-amp ialah penguat voltan untung tinggi termasuk input berbeza & output hujung tunggal. Voltan keluaran dalam op-amp adalah berkadar dengan variasi dalam dua voltan masukan.
Penguat operasi dalam penguat penjumlahan digunakan dalam dua mod berbeza; mod pengikut voltan dan penyongsang.
- Dalam mod pengikut voltan, voltan keluaran op-amp mengeluarkan semula voltan masukan untuk menjadikan penguat operasi ideal terutamanya untuk penimbalan isyarat.
- Dalam mod Inverter, voltan keluaran op-amp boleh dikuatkan dan diterbalikkan kepada voltan masukan.
Fungsi penguat penjumlahan sangat bergantung pada konfigurasi Op Amp. Jadi pengendalian penguat kendalian dalam penguat penjumlahan menyediakan pengiraan yang tepat, dikuatkan & berpotensi terbalik bagi voltan input yang diberikan kepada penguat penjumlahan.
Inverting Summing Amplifier Berfungsi
Penguat penjumlahan terbalik ini berfungsi dengan menyongsangkan kekutuban (atau) fasa isyarat o/p penguat untuk isyarat i/p. Jadi, isyarat input penguat ini diberikan kepada input penyongsangan & input bukan penyongsangan diberikan kepada terminal tanah. Isyarat keluaran yang diperkuatkan yang boleh dijana sentiasa 180° di luar fasa dengan input. Input positif penguat ini menghasilkan output negatif & sebaliknya. Keuntungan penguat ini boleh dikawal dengan memilih perintang maklum balas & nilai perintang input. An keluaran penguat penjumlahan terbalik voltan boleh dinyatakan sebagai:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
The keuntungan penguat penjumlahan terbalik ialah Gain (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Di sini adalah penting untuk ambil perhatian bahawa, penguat penjumlahan op-amp juga boleh direka bentuk melalui konfigurasi Bukan Penyongsangan. Tetapi perbezaan utama antara penguat penjumlahan Inverting & Non-Inverting ialah input impedans . Penguat Penjumlahan Terbalik mempunyai galangan input yang lebih sedikit berbanding dengan Penguat Penjumlahan Bukan Terbalik kerana rangkaian maklum balas. Jadi isyarat input penguat ini boleh dikuatkan berdasarkan perintang yang disambungkan ke op-amp & hasil tambah isyarat input yang dikuatkan boleh diterbalikkan & kelihatan pada op-amp.
Litar Penguat Penjumlahan Terbalik
Penguat penjumlahan terbalik ialah versi meluas reka bentuk penguat penyongsangan yang bermaksud beberapa input disediakan kepada terminal penyongsangan op-amp manakala terminal bukan penyongsangan disambungkan kepada GND. Litar penguat penjumlahan terbalik ditunjukkan di bawah. Litar ini mempunyai beberapa voltan input yang disambungkan ke terminal input penyongsangan penguat & output akan menjadi jumlah semua voltan masukan yang digunakan tetapi terbalik.
Dalam litar di atas, apabila terminal Bukan Penyongsangan disambungkan kepada GND, terminal Penyongsangan berada pada GND maya. Oleh itu, nod input penyongsangan akan menjadi nod yang ideal terutamanya untuk menjumlahkan arus i/p.
Persamaan Penguat Penjumlahan Terbalik
Penguat penjumlahan terbalik menggunakan op-amp ditunjukkan di bawah. Dalam litar ini, semua isyarat input tambahan boleh diberikan kepada terminal input penyongsangan. Jadi, litar dengan dua input
Dalam litar di atas, terminal bukan penyongsangan atau titik B dibumikan, kerana konsep GND maya, nod-A juga boleh berada pada potensi GND maya.
VA = VB = 0 —— (I)
Dari sisi input litar ini;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
Penggunaan pada nod-A & arus pada op-amp input adalah sifar.
I = I1 + I2—— (iv)
Daripada keluaran penguat,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Gantikan persamaan ii, iii dalam iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/ R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/ R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Jika ketiga-tiga rintangan R1, R2 & Rf adalah sama maka R1= R2 = Rf, jadi persamaan di atas akan menjadi seperti;
Vo = – (V1 + V2)……(Vi)
Dengan memilih R1, R2 & Rf dengan betul, kita boleh mendapatkan penambahan wajaran isyarat input seperti; aV1 + bV2 yang ditunjukkan oleh persamaan Vi. Sebenarnya dengan cara sedemikian, voltan input 'n' ditambah.
Oleh itu, magnitud voltan keluaran ialah jumlah voltan masukan dan oleh itu litar ini dikenali sebagai litar penambah atau musim panas. Pada output, kerana petunjuk negatif jumlah ia dikenali sebagai penguat penjumlahan terbalik.
Cara Mendapatkan Fungsi Pemindahan Penguat Summing Inverting
Penguat ini menambah isyarat input & menyongsangkan output. Isyarat input dalam penguat ini ditambah dengan keuntungannya. Litar berikut menunjukkan penguat penjumlahan terbalik termasuk dua input. Fungsi pemindahan penguat ini ditunjukkan di bawah.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Menggunakan teorem superposisi , mari kita mulakan dengan membuat input V2 sifar seperti yang ditunjukkan dalam rajah berikut. Di sini perkara utama adalah untuk memahami bahawa tahap voltan pada input penyongsangan op-amp adalah sifar volt kerana input bukan penyongsangan disambungkan kepada GND.
Penguat kendalian ini akan menetapkan aras o/p pada voltan yang membawa input penyongsangannya kepada julat yang serupa dengan input bukan penyongsangan. Jadi ini adalah kerana keuntungan pembezaan yang sangat tinggi bagi op-amp ini seperti 100,000. Jika o/p ialah beberapa volt (5V), voltan pembezaan pada input penguat kendalian hendaklah
Vd = 5V/100,000 = 50uV.
Input penyongsangan & bukan penyongsangan dianggap pada potensi yang sama dengan sedikit mikrovolt di antara input op-amp. GND maya dalam input penyongsangan membantu dalam menentukan penurunan voltan pada perintang maklum balas 'Rf'. Oleh kerana input penyongsangan adalah pada 0V, penurunan voltan di atas Rf adalah serupa dengan Vout. Oleh itu, arus sepanjang Rf, Jika boleh ditulis sebagai;
Jika = Vout/Rf
Aliran arus di seluruh perintang R1 ialah arus 'I1' & boleh ditulis seperti persamaan berikut.
I1=V1/R1
Penguat Operasi adalah Ideal
Penguat operasi boleh dianggap ideal, jadi arus pincang input 'Ib' sangat hampir dengan sifar. Di samping itu, perintang 'R2' disambungkan dengan satu kaki ke GND manakala kaki yang satu lagi disambungkan ke nod GND maya. Aliran arus di seluruh perintang 'R2' adalah sangat hampir kepada sifar. Di sini undang-undang semasa Kirchoff mengatakan bahawa jumlah semua arus dalam nod adalah sifar, oleh itu kita boleh menulis bahawa,
Jika + I1 + I2 + Ib = 0
Selepas menggantikan 'Jika' & I1,
Vout/Rf = -V1/R1 atau -V1 (Rf/R1)
Persamaan di atas kelihatan serupa dengan fungsi pemindahan op amp dalam konfigurasi penyongsangan. Penguat termasuk V1 dalam i/pnya ialah penyongsang biasa kerana aliran arus sepanjang 'R2' adalah sifar.
Dalam keadaan teorem superposisi berikut, kami menyimpan 'V2' & membuat 'V1'sifar. Idea serupa berikut seperti untuk 'V1', voltan o/p Vout2 apabila terdapat hanya 'V2' dalam penguat input ialah;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Fungsi Pemindahan:
Dengan menambah dua voltan o/p, T.F penguat penjumlahan terbalik
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Fungsi pemindahan penguat ini dengan isyarat input 'n' ialah
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Contoh1:
Mari kita andaikan nilai perintang untuk penjumlahan terbalikkan penguat Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms. Isyarat audio input bagi penguat ini ialah’ Vinput1 = 1V dan Vinput2 = 2V, jadi kirakan Vout untuk penguat ini.
Kita tahu bahawa Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms.
Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V
Jika kita menggantikan nilai ini dalam persamaan penguat penjumlahan, kita boleh mendapatkan;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
Voltan keluaran ialah -30Volt, yang merupakan penguatan & penjumlahan isyarat input selepas pelarasan nilai rintangan. Faktor yang berbeza mengubah output penguat seperti; mendapatkan produk jalur lebar, bekalan voltan & kesan pemuatan. Walau bagaimanapun, contoh penguat penjumlahan di atas memberikan cerapan tentang aritmetik asas & interaksi komponen yang memacu penguat ini. Proses penjumlahan & penguatan isyarat boleh ditingkatkan untuk memasukkan pelbagai isyarat secara bersama.
Contoh2:
Apakah voltan keluaran untuk litar penguat penjumlahan berikut jika tiga isyarat audio memacu penguat ini?
Bagi setiap saluran dalam litar di atas, keuntungan voltan gelung tertutup boleh diukur sebagai;
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.
Voltan o/p untuk penguat penjumlahan ini boleh diberikan sebagai;
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.
Kebaikan keburukan
The kelebihan menyongsangkan penguat penjumlahan termasuk yang berikut.
- Titik penjumlahan dalam penguat ini adalah pada potensi bumi secara maya dan oleh itu tetapan serta isyarat daripada setiap saluran berbeza tidak mempengaruhi satu sama lain. Seperti ini, setiap saluran dicampur atau dijumlahkan selain daripada tahap isyarat, dsb.
- Penguat ini membenarkan pakar audio menggabungkan isyarat daripada saluran yang berbeza & mengeluarkannya semula menjadi satu-satunya trek. Setiap input audio tunggal dikonfigurasikan secara berasingan tanpa mengganggu output.
Penguat jenis ini memberikan pengasingan antara input & output individu kerana GND mayanya pada nod.
The keburukan menyongsangkan penguat penjumlahan termasuk yang berikut.
- Kelemahan utama penguat penjumlahan terbalik ialah ia mempunyai keuntungan yang agak rendah berbanding dengan jenis bukan terbalik .
- Penguat ini sensitif kepada hingar jadi ia merendahkan nisbah S/N & mengurangkan ketepatan isyarat keluaran.
- Pengiraan penguat ini menjadi rumit apabila bilangan input bertambah.
- Penyongsangan jumlah dalam penguat ini mungkin tidak diingini dalam beberapa kes.
Aplikasi
The aplikasi penguat penjumlahan terbalik termasuk yang berikut.
- Menyongsangkan penguat penjumlahan membantu dalam menyongsangkan kekutuban (atau) fasa isyarat o/p penguat dengan isyarat masukan.
- Ini adalah konfigurasi penguat yang sangat khusus di mana sahaja isyarat input dijumlahkan & diterbalikkan pada output.
- Penguat penjumlahan jenis ini digunakan untuk menambah isyarat.
- Penguat ini digunakan untuk menambah isyarat berbeza dengan keuntungan yang setara dalam pengadun audio.
- Penguat penjumlahan ini digunakan untuk menggunakan voltan mengimbangi DC melalui voltan isyarat AC.
- Ia juga boleh berfungsi sebagai penolakan dengan hanya menyediakan voltan o/p yang bersamaan dengan variasi dua voltan.
Oleh itu, ini ialah gambaran keseluruhan penguat penyongsangan, litar, kerja, terbitan, kelebihan, keburukan dan aplikasi. Fungsi utama penguat ini adalah untuk menyongsangkan fasa isyarat o/p. Ini penguat mempunyai galangan keluaran yang rendah, galangan input tinggi & nilai litar yang sangat fleksibel yang boleh dilaraskan dengan mudah untuk mengendalikan setiap keuntungan isyarat input.
Penguat operasi dalam penjumlahan litar penguat menentukan kelakuannya. Op-amp dalam penguat ini beroperasi dalam mod pengikut voltan atau penyongsang. Persamaan penguat ini hanya menunjukkan voltan o/p yang relatif kepada voltan masukan serta perintang dalam litar. Penguat penjumlahan ini digunakan dalam aplikasi praktikal yang berbeza seperti; pengadun audio, di mana sahaja isyarat input yang berbeza digabungkan menjadi satu output. Berikut ialah soalan untuk anda, apakah penguat penjumlahan tidak terbalik?
