Inverting Summing Amplifier: วงจร การทำงาน การได้มา ฟังก์ชันการถ่ายโอน และการประยุกต์

หนึ่งในแอปพลิเคชั่นหลักของ op-amp คือ เครื่องขยายเสียงสรุป หรือบวก เมื่ออิมพีแดนซ์อินพุตของ op-amp มีขนาดใหญ่ สัญญาณอินพุตด้านบนหนึ่งสัญญาณจะถูกส่งให้กับแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านเพื่อเพิ่มสัญญาณที่กำหนดที่เอาต์พุต หรือที่เรียกว่าแอมพลิฟายเออร์รวม นี่คือวงจรออปแอมป์ที่มีการเพิ่มสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันเข้าไป เครื่องขยายเสียงแบบกลับด้าน ให้เป็นแรงดันเอาต์พุตเดียว ดังนั้นวงจรนี้จึงแบ่งออกเป็นสองประเภทตามสัญญาณของเอาต์พุต แอมพลิฟายเออร์สรุปผลกลับด้าน & แอมพลิฟายเออร์สรุปผลไม่กลับด้าน บทความนี้ให้ข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับ อินเวอร์เตอร์รวมเครื่องขยายเสียง การทำงานและการประยุกต์ของมัน

Inverting Summing Amplifier คืออะไร?

แอมพลิฟายเออร์สรุปผลกลับด้านเป็นหนึ่งในการกำหนดค่าออปแอมป์หลัก โดยที่สัญญาณอินพุตจะถูกรวมและกลับด้านที่เอาต์พุต แอมพลิฟายเออร์นี้จะกลับเฟสหรือขั้วของสัญญาณเอาท์พุตเมื่อเปรียบเทียบกับสัญญาณอินพุต ในการกำหนดค่าแอมพลิฟายเออร์นี้ อินพุตแบบกลับด้านของ op-amp จะได้รับแรงดันไฟฟ้าอินพุต และอินพุตแบบไม่กลับด้านจะเชื่อมต่อกับ GND ดังนั้นอัตราขยายของแอมพลิฟายเออร์นี้จึงสามารถควบคุมได้โดยการเลือกค่าตัวต้านทานป้อนกลับและค่าตัวต้านทานอินพุต

บทบาท Op-Amp ในแอมพลิฟายเออร์สรุป:

ในการสรุปวงจรเครื่องขยายเสียง op-amp หรือ เครื่องขยายเสียงในการดำเนินงาน มีบทบาทสำคัญ การทำความเข้าใจออปแอมป์จะเป็นตัวกำหนดพฤติกรรมการรวมแอมป์ ออปแอมป์เป็นแอมพลิฟายเออร์แรงดันไฟฟ้ากำลังสูง รวมถึงดิฟเฟอเรนเชียลอินพุตและเอาต์พุตซิงเกิลเอนด์ แรงดันเอาต์พุตใน op-amp เป็นสัดส่วนกับความแปรผันภายในแรงดันไฟฟ้าอินพุตทั้งสอง

แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการในแอมพลิฟายเออร์รวมถูกใช้ในสองโหมดที่แตกต่างกัน ผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้าและโหมดอินเวอร์เตอร์

• ในโหมดตัวติดตามแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตของ op-amp จะสร้างแรงดันไฟฟ้าอินพุตขึ้นมาใหม่ เพื่อให้แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบัฟเฟอร์สัญญาณเป็นหลัก
• ในโหมดอินเวอร์เตอร์ แรงดันเอาต์พุตของ op-amp สามารถขยายและกลับเป็นแรงดันไฟฟ้าอินพุตได้

การทำงานของแอมพลิฟายเออร์รวมจะขึ้นอยู่กับการกำหนดค่า Op Amp เป็นอย่างมาก ดังนั้นการทำงานของแอมพลิฟายเออร์ในแอมพลิฟายเออร์รวมทำให้การคำนวณแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่จ่ายให้กับแอมพลิฟายเออร์รวมมีความแม่นยำ ขยาย และอาจกลับด้านได้

การทำงานของแอมพลิฟายเออร์การรวมกลับ

เครื่องขยายสัญญาณรวมแบบกลับหัวนี้ทำงานโดยการกลับขั้ว (หรือ) เฟสของสัญญาณ o/p ของเครื่องขยายสัญญาณสำหรับสัญญาณ i/p ดังนั้นสัญญาณอินพุตของแอมพลิฟายเออร์นี้จะถูกกำหนดให้กับอินพุตแบบกลับด้านและอินพุตที่ไม่กลับด้านจะถูกส่งไปยังเทอร์มินัลกราวด์ สัญญาณเอาต์พุตที่ขยายที่สามารถสร้างได้จะอยู่นอกเฟส 180° เสมอกับอินพุต อินพุตเชิงบวกของแอมพลิฟายเออร์นี้ให้ผลลัพธ์เป็นลบและในทางกลับกัน อัตราขยายของแอมพลิฟายเออร์นี้สามารถควบคุมได้โดยการเลือกค่าตัวต้านทานป้อนกลับและค่าตัวต้านทานอินพุต หนึ่ง การกลับเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์รวม แรงดันไฟฟ้าสามารถแสดงเป็น:

โวต = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*วินพุต

ที่ อัตราขยายของแอมพลิฟายเออร์การรวมกลับ คือ กำไร (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ แอมพลิฟายเออร์สรุป op-amp ยังสามารถออกแบบผ่านการกำหนดค่าแบบไม่แปลงกลับได้ แต่ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแอมพลิฟายเออร์สรุปแบบ Inverting และ Non-Inverting คืออินพุต ความต้านทาน - เครื่องขยายสัญญาณรวมแบบกลับด้านมีอิมพีแดนซ์อินพุตน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องขยายสัญญาณรวมแบบไม่กลับด้านเนื่องจากมีเครือข่ายป้อนกลับ ดังนั้นสัญญาณอินพุตของแอมพลิฟายเออร์นี้สามารถขยายได้โดยอาศัยตัวต้านทานที่เชื่อมต่อกับ op-amp และผลรวมของสัญญาณอินพุตที่ขยายสามารถกลับด้านและเข้ามาดูได้ที่ op-amp

การกลับวงจรแอมพลิฟายเออร์รวม

แอมพลิฟายเออร์รวมกลับหัวเป็นเวอร์ชันที่ครอบคลุมของการออกแบบแอมพลิฟายเออร์กลับหัว ซึ่งหมายความว่าอินพุตหลายตัวจะถูกจัดเตรียมให้กับเทอร์มินัลกลับหัวของ op-amp ในขณะที่เทอร์มินัลที่ไม่กลับด้านเชื่อมต่อกับ GND วงจรแอมพลิฟายเออร์การรวมกลับแสดงอยู่ด้านล่าง วงจรนี้มีแรงดันไฟฟ้าอินพุตหลายแรงดันซึ่งเชื่อมต่อกับขั้วอินพุตแบบกลับหัวของเครื่องขยายเสียง และเอาต์พุตจะเป็นจำนวนแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ใช้ทั้งหมด แต่จะกลับด้าน

ในวงจรข้างต้น เมื่อต่อเทอร์มินอล Non-Inverting เข้ากับ GND แล้ว เทอร์มินอล Inverting จะอยู่ที่ GND เสมือน ดังนั้นโหนดอินพุตแบบกลับหัวจะกลายเป็นโหนดในอุดมคติสำหรับการรวมกระแส i/p เป็นหลัก

การกลับสมการการรวมแอมพลิฟายเออร์

แอมพลิฟายเออร์การรวมกลับโดยใช้ op-amp แสดงอยู่ด้านล่าง ในวงจรนี้ สามารถส่งสัญญาณอินพุทที่เพิ่มเข้ามาทั้งหมดไปยังเทอร์มินอลอินพุทแบบกลับด้านได้ ดังนั้นวงจรที่มีอินพุตสองตัว
ในวงจรข้างต้น เทอร์มินัลที่ไม่กลับด้านหรือจุด B จะต่อสายดิน เนื่องจากแนวคิด GND เสมือน โหนด-A จึงสามารถอยู่ที่ศักยภาพ GND เสมือนได้เช่นกัน

VA = VB = 0 —— (ฉัน)

จากด้านอินพุตของวงจรนี้

I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)

I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)

การใช้ที่ node-A และกระแสที่อินพุต op-amp เป็นศูนย์

ฉัน = I1 + I2—— (iv)

จากเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียง

I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (วี)

แทนสมการ ii, iii ใน iv

-โว/อาร์เอฟ = V1/R1 + V2/ R2

Vo = -Rf (V1/R1 + V2/ R2)

Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2)

หากความต้านทานทั้งสาม R1, R2 & Rf เท่ากัน ดังนั้น R1= R2 = Rf ดังนั้นสมการข้างต้นจะกลายเป็นดังนี้

Vo = – (V1 + V2) ……… (Vi)

โดยการเลือก R1, R2 & Rf อย่างถูกต้อง เราจะสามารถรับสัญญาณอินพุตเพิ่มเติมแบบถ่วงน้ำหนักได้ เช่น aV1 + bV2 ซึ่งระบุโดยสมการ Vi จริงๆ แล้วในลักษณะนี้ แรงดันไฟฟ้าอินพุต 'n' จะถูกเพิ่มเข้าไป

ดังนั้นขนาดของแรงดันเอาต์พุตคือจำนวนแรงดันไฟฟ้าอินพุต ดังนั้นวงจรนี้จึงเรียกว่าวงจรบวกหรือวงจรฤดูร้อน ที่เอาต์พุต เนื่องจากการบ่งชี้เชิงลบของผลรวม จึงเรียกว่าเครื่องขยายผลรวมแบบกลับด้าน

วิธีการรับฟังก์ชันการถ่ายโอนการรวมแอมพลิฟายเออร์แบบกลับหัว

แอมพลิฟายเออร์นี้จะเพิ่มสัญญาณอินพุตและกลับเอาต์พุต สัญญาณอินพุตในแอมพลิฟายเออร์นี้จะถูกเพิ่มเข้ากับเกน วงจรต่อไปนี้แสดงแอมพลิฟายเออร์รวมการกลับหัวซึ่งมีอินพุตสองตัว ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนของแอมพลิฟายเออร์นี้แสดงอยู่ด้านล่าง

โวต = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]

ใช้ ทฤษฎีบทการทับซ้อน เรามาเริ่มกันด้วยการทำให้อินพุต V2 เป็นศูนย์ดังแสดงในรูปต่อไปนี้ ประเด็นหลักที่นี่คือต้องเข้าใจว่าระดับแรงดันไฟฟ้าที่อินพุทอินเวอร์ติ้งของ op-amp นั้นเป็นศูนย์โวลต์ เนื่องจากอินพุทที่ไม่กลับด้านเชื่อมต่อกับ GND

แอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานนี้จะตั้งค่าระดับ o/p ที่แรงดันไฟฟ้าซึ่งจะทำให้อินพุทแบบกลับด้านมีช่วงใกล้เคียงกับอินพุทที่ไม่กลับด้าน นี่เป็นเพราะความแตกต่างที่สูงมากของ op-amp นี้เช่น 100,000 หาก o/p มีค่าไม่กี่โวลต์ (5V) จะต้องมีค่าแรงดันดิฟเฟอเรนเชียลที่อินพุตของเครื่องขยายเสียงในการดำเนินงาน

วีดี = 5V/100,000 = 50uV

อินพุตแบบกลับด้านและไม่กลับด้านถือว่ามีศักยภาพใกล้เคียงกัน โดยมีไมโครโวลต์ไม่กี่ตัวอยู่ระหว่างอินพุตของ op-amp GND เสมือนภายในอินพุตแบบกลับด้านช่วยในการกำหนดแรงดันไฟฟ้าตกบนตัวต้านทานป้อนกลับ 'Rf' เนื่องจากอินพุทอินเวอร์ติ้งอยู่ที่ 0V แรงดันตกคร่อมเหนือ Rf จึงคล้ายกับ Vout ดังนั้นกระแสตลอด Rf ถ้าเขียนได้เป็น

ถ้า = Vout/Rf

การไหลของกระแสตลอดตัวต้านทาน R1 คือกระแส 'I1' และสามารถเขียนได้เหมือนสมการต่อไปนี้

I1=V1/R1

แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานเหมาะอย่างยิ่ง

แอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานถือได้ว่าเหมาะสมที่สุด ดังนั้นกระแสไบแอสอินพุต 'Ib' จึงใกล้เคียงกับศูนย์มาก นอกจากนี้ ตัวต้านทาน 'R2' เชื่อมต่อด้วยขาเดียวกับ GND ในขณะที่ขาอีกข้างเชื่อมต่อกับโหนด GND เสมือน การไหลของกระแสตลอดตัวต้านทาน 'R2' อยู่ใกล้กับศูนย์มาก ในที่นี้ กฎปัจจุบันของเคอร์ชอฟบอกว่าผลรวมของกระแสทั้งหมดภายในโหนดเป็นศูนย์ ดังนั้นเราจึงสามารถเขียนได้ว่า

ถ้า + I1 + I2 + Ib = 0

หลังจากแทนที่ 'If' & I1 แล้ว

Vout/Rf = -V1/R1 หรือ -V1 (Rf/R1)

สมการข้างต้นมีลักษณะคล้ายกับฟังก์ชันถ่ายโอนสหกรณ์ในการกำหนดค่าแบบกลับด้าน แอมพลิฟายเออร์ที่มี V1 ใน i/p นั้นเป็นอินเวอร์เตอร์ปกติ เนื่องจากการไหลของกระแสตลอด 'R2' นั้นเป็นศูนย์
ในเงื่อนไขทฤษฎีบทการซ้อนทับต่อไปนี้ เราเก็บ 'V2' และทำให้ 'V1' เป็นศูนย์ แนวคิดที่คล้ายกันต่อไปนี้สำหรับ 'V1' แรงดันไฟฟ้า o/p Vout2 เมื่อใดก็ตามที่มีเพียง 'V2' ภายในเครื่องขยายสัญญาณอินพุตคือ

Vout2 = -V2 (Rf/R1)

ฟังก์ชั่นการถ่ายโอน:

โดยการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า o/p สองตัว T.F ของแอมพลิฟายเออร์การรวมกลับ

โวต์ = โวต์ 1 + โวต์ 2

สูงสุด = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]

ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนของแอมพลิฟายเออร์นี้มีสัญญาณอินพุต 'n' คือ

สูงสุด = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]

ตัวอย่างที่ 1:

สมมติว่าค่าของตัวต้านทานสำหรับการกลับค่าแอมพลิฟายเออร์รวม Rf = 100KOhms, R1=10KOhms และ R2=10KOhms สัญญาณเสียงอินพุตของแอมพลิฟายเออร์นี้คือ 'Vinput1 = 1V และ Vinput2 = 2V ดังนั้นให้คำนวณ Vout สำหรับแอมพลิฟายเออร์นี้

เรารู้ว่า Rf = 100KOhms, R1=10KOhms และ R2=10KOhms

วินพุต1 = 1V และวินพุต2 = 2V

ถ้าเราแทนค่าเหล่านี้ในสมการแอมพลิฟายเออร์สรุป เราก็จะได้

โวต = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2

= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2

= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V

แรงดันเอาต์พุตคือ -30Volts ซึ่งเป็นการขยายและผลรวมของสัญญาณอินพุตหลังจากการปรับค่าความต้านทาน ปัจจัยต่างๆ จะเปลี่ยนเอาท์พุตของแอมพลิฟายเออร์ เช่น รับผลิตภัณฑ์แบนด์วิธ การจ่ายแรงดันไฟฟ้า และเอฟเฟกต์การโหลด อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างข้างต้นของแอมพลิฟายเออร์สรุปให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับเลขคณิตพื้นฐานและการโต้ตอบของส่วนประกอบที่ขับเคลื่อนแอมพลิฟายเออร์นี้ กระบวนการสรุปและขยายสัญญาณสามารถขยายขนาดเพื่อรวมสัญญาณต่างๆ เข้าด้วยกันได้

ตัวอย่างที่ 2:

แรงดันไฟเอาท์พุตสำหรับวงจรขยายสัญญาณสรุปต่อไปนี้จะเป็นเท่าใด หากสัญญาณเสียงสามตัวขับเคลื่อนเครื่องขยายเสียงนี้

สำหรับทุกช่องสัญญาณในวงจรข้างต้น สามารถวัดแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นของวงปิดได้ดังนี้

ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 กิโลโอห์ม / 20 กิโลโอห์ม) => – 5 กิโลโอห์ม

ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 กิโลโอห์ม / 10 กิโลโอห์ม) => ACL2 = – 10 กิโลโอห์ม

ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 กิโลโอห์ม / 50 กิโลโอห์ม) => ACL3 = – 2 กิโลโอห์ม

แรงดันไฟฟ้า o/p สำหรับแอมพลิฟายเออร์สรุปนี้สามารถกำหนดเป็น;

VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)

= – [(5 * 100 มิลลิโวลต์) + (10 * 200 มิลลิโวลต์) + (2 * 300 มิลลิโวลต์)]

= – (0.5 โวลต์ + 2 โวลต์ + 0.6 โวลต์) => – 3.1 โวลต์

ข้อดีข้อเสีย

ที่ ข้อดีของการอินเวอร์สแอมพลิฟายเออร์รวม รวมสิ่งต่อไปนี้

• จุดรวมในแอมพลิฟายเออร์นี้อยู่ที่ศักย์ไฟฟ้าของโลก ดังนั้นการตั้งค่าตลอดจนสัญญาณจากทุกช่องสัญญาณที่แตกต่างกันจึงไม่มีอิทธิพลซึ่งกันและกัน เช่นนี้ทุกช่องจะผสมหรือรวมแยกจากระดับสัญญาณ เป็นต้น
• แอมพลิฟายเออร์นี้ช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญด้านเสียงสามารถรวมสัญญาณจากช่องสัญญาณต่างๆ และสร้างใหม่ให้เป็นแทร็กเดียวได้ อินพุตเสียงแต่ละรายการได้รับการกำหนดค่าแยกกันโดยไม่รบกวนเอาต์พุต
  แอมพลิฟายเออร์ประเภทนี้ให้การแยกระหว่างอินพุตและเอาต์พุตแต่ละรายการเนื่องจากมี GND เสมือนที่โหนด

ที่ ข้อเสียของการอินเวอร์เตอร์แอมพลิฟายเออร์รวม รวมสิ่งต่อไปนี้

• ข้อเสียเปรียบหลักของแอมพลิฟายเออร์สรุปผลแบบกลับด้านก็คือ มันมีเกนที่ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับ ประเภทที่ไม่กลับด้าน -
• แอมพลิฟายเออร์นี้มีความไวต่อเสียงรบกวน ดังนั้นจึงลดอัตราส่วน S/N และลดความแม่นยำของสัญญาณเอาท์พุต
• การคำนวณแอมพลิฟายเออร์นี้จะซับซ้อนเมื่อจำนวนอินพุตเพิ่มขึ้น
• การกลับผลรวมในแอมพลิฟายเออร์นี้อาจไม่เป็นที่ต้องการในบางกรณี

การใช้งาน

ที่ การกลับแอปพลิเคชันแอมป์รวมผลรวม รวมสิ่งต่อไปนี้

• การกลับด้านเครื่องขยายสัญญาณรวมช่วยในการกลับขั้ว (หรือ) เฟสของสัญญาณ o/p ของเครื่องขยายเสียงด้วยสัญญาณอินพุต
• นี่คือการกำหนดค่าแอมพลิฟายเออร์ที่พิเศษมากในทุกที่ที่สัญญาณอินพุตถูกรวมและกลับด้านที่เอาต์พุต
• เครื่องขยายสัญญาณสรุปประเภทนี้ใช้สำหรับเพิ่มสัญญาณ
• แอมพลิฟายเออร์นี้ใช้สำหรับเพิ่มสัญญาณต่างๆ ที่ได้รับเท่ากันในเครื่องผสมเสียง
• เครื่องขยายสัญญาณสรุปนี้ใช้เพื่อใช้แรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ต DC ผ่านแรงดันสัญญาณ AC
• นอกจากนี้ยังสามารถทำงานเป็นตัวลบได้โดยเพียงแค่ให้แรงดันไฟฟ้า o/p ซึ่งเทียบเท่ากับการแปรผันของแรงดันไฟฟ้าสองตัว

ดังนั้น นี่คือภาพรวมของแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้าน วงจร การทำงาน การได้มา ข้อดี ข้อเสีย และการใช้งาน หน้าที่หลักของแอมพลิฟายเออร์นี้คือการกลับเฟสของสัญญาณ o/p เหล่านี้ เครื่องขยายเสียง มีอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำ อิมพีแดนซ์อินพุตสูง และค่าวงจรที่ยืดหยุ่นมาก ซึ่งสามารถปรับได้อย่างง่ายดายเพื่อรองรับสัญญาณที่ได้รับของสัญญาณอินพุตแต่ละตัว

เครื่องขยายเสียงในการดำเนินงานในการสรุป วงจรเครื่องขยายเสียงจะกำหนด พฤติกรรมของมัน ออปแอมป์ในแอมพลิฟายเออร์นี้ทำงานในโหมดตัวติดตามแรงดันไฟฟ้าหรือโหมดอินเวอร์เตอร์ สมการของแอมพลิฟายเออร์นี้บ่งชี้ถึงแรงดันไฟฟ้า o/p ซึ่งสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าอินพุตและตัวต้านทานภายในวงจร แอมพลิฟายเออร์สรุปเหล่านี้นำไปใช้ในการใช้งานจริงต่างๆ เช่น; มิกเซอร์เสียง ไม่ว่าสัญญาณอินพุตต่างๆ จะรวมกันเป็นเอาต์พุตเดียวก็ตาม นี่คือคำถามสำหรับคุณ แอมพลิฟายเออร์สรุปแบบไม่กลับด้านคืออะไร?