מגבר סיכום הפוך: מעגל, עבודה, גזרה, פונקציית העברה ויישומיו

אחד היישומים העיקריים של op-amp הוא מגבר סיכום או אפעף. כאשר עכבת הכניסה של מגבר ההפעלה היא עצומה, מעל אות כניסה אחד מסופק למגבר ההפוכה כדי להוסיף את האות הנתון במוצא, המכונה מגבר הסיכום. זהו מעגל מגבר הפעלה בכל מקום בו מתווספים אותות קלט מתח שונים מגבר הפוך לתוך מתח מוצא בודד. אז, מעגל זה מסווג לשני סוגים על סמך סימן הפלט; מגבר סיכום הפוך ומגבר סיכום לא הפוך. מאמר זה מספק מידע קצר על א מגבר סיכום הפוך , העבודה שלו והיישומים שלו.

מהו מגבר סיכום הפוך?

מגבר סיכום הפוך הוא אחת מתצורות המגבר העיקריות שבהן אותות הקלט מסוכמים ומתהפכים במוצא. מגבר זה הופך את הפאזה או הקוטביות של אות המוצא בהשוואה לאות הקלט. בתצורת מגבר זו, הכניסה ההפוכה של op-amp מקבלת את מתח הכניסה והכניסה שאינה הופכת מחוברת ל-GND. לפיכך, ניתן לשלוט בהגבר של מגבר זה באמצעות הבחירה של ערכי נגד המשוב ונגד הקלט.

תפקיד מגבר הפעלה במגבר סיכום:

במעגל מגבר סיכום, ה-Op-amp or מגבר תפעולי ממלא תפקיד מפתח. הבנת ה-Op-amp תקבע את התנהגות מגבר הסיכום. מגבר הפעלה הוא מגבר מתח גבוה הכולל כניסה דיפרנציאלית ופלט חד-קצה. מתח המוצא ב-Op-amp הוא פרופורציונלי לשונות בתוך שני מתחי הכניסה.

המגבר התפעולי במגבר סיכום משמש בשני מצבים שונים; מצב עוקב מתח ומהפך.

• במצב עוקב מתח, מתח המוצא ה-Op-amp משחזר את מתח הכניסה כדי להפוך את המגבר התפעולי לאידיאלי בעיקר עבור חציצה של אותות.
• במצב Inverter, ניתן להגביר את מתח המוצא של המגבר ולהפוך אותו למתח הכניסה.

תפקוד מגבר הסיכום תלוי מאוד בתצורת ה-Op Amp. אז פעולת המגבר התפעולי במגבר הסיכום מספקת חישוב מדויק, מוגבר ופוטנציאלי הפוך של מתחי הכניסה המסופקים למגבר הסיכום.

מגבר סיכום הפוך עובד

מגבר סיכום הפוך זה פועל על ידי היפוך הקוטביות (או) הפאזה של אות o/p של המגבר עבור אות i/p. אז, אות הכניסה של המגבר הזה ניתן לכניסה ההפוכה והכניסה הלא-הפוכה ניתנת למסוף הארקה. אות המוצא המוגבר שניתן להפיק הוא תמיד 180° מחוץ לפאזה עם הקלט. כניסה חיובית של מגבר זה מניבה פלט שלילי ולהיפך. ניתן לשלוט בהגבר של מגבר זה על ידי בחירת ערכי נגד משוב ונגד כניסה. א פלט מגבר סיכום היפוך מתח יכול להתבטא כך:

Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn

ה רווח של מגבר סיכום הפוך הוא Gain (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin

כאן חשוב לציין שניתן לעצב את מגבר סיכום ה-Op-amp גם דרך תצורת ה-Non-Inverting. אבל ההבחנה העיקרית בין מגבר הסיכום Inverting ו-Non-Inverting הוא הקלט עַכָּבָּה . למגבר סיכום הפוך יש פחות עכבת כניסה בהשוואה למגבר סיכום שאינו הפוך בגלל רשת המשוב. אז ניתן להגביר את אותות הכניסה של המגבר הזה בהתבסס על הנגדים המחוברים למגבר ההפעלה וניתן להפוך את סכום אותות הכניסה המוגברים ולהופיע בתצוגה במגבר ההפעלה.

מעגל מגבר סיכום היפוך

מגבר הסיכום ההפוך הוא גרסה נרחבת של עיצוב המגבר ההפוכה, כלומר מספר כניסות מסופקות למסוף ההפוך של המגבר, בעוד שהטרמינל שאינו הופך מחובר ל-GND. מעגל מגבר סיכום היפוך מוצג להלן. למעגל זה יש מספר מתחי כניסה המחוברים למסוף הכניסה ההפוכה של המגבר והיציאה תהיה הכמות של כל מתחי הכניסה המופעלים אך הפוכה.

במעגל הנ'ל, כאשר המסוף שאינו מתהפך מחובר ל-GND, המסוף המתהפך נמצא ב-GND וירטואלי. לפיכך, צומת הקלט ההפוכה יהפוך לצומת אידיאלי בעיקר לסיכום זרמי ה-i/p.

משוואת מגבר סיכום היפוך

מגבר הסיכום ההפוך באמצעות מגבר הפעלה מוצג להלן. במעגל זה, ניתן לתת את כל אותות הקלט שנוספו למסוף הקלט ההפוך. אז, המעגל עם שני כניסות
במעגל הנ'ל, הטרמינל הבלתי מתהפך או נקודה B מקורקעים, בגלל מושג ה-GND הווירטואלי, הצומת-A יכול להיות גם בפוטנציאל GND וירטואלי.

VA = VB = 0 —— (I)

מצד הקלט של מעגל זה;

I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)

I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)

ההחלה בצומת A והזרם במגבר ההפעלה הוא אפס.

I = I1 + I2—— (iv)

מהפלט של המגבר,

I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)

תחליף משוואות ii, iii ב-iv.

-Vo/Rf = V1/R1 + V2/ R2.

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

Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).

אם שלושת ההתנגדויות R1, R2 & Rf שוות אז R1= R2 = Rf, כך שהמשוואה לעיל תהפוך ל-;

Vo = – (V1 + V2)………(Vi)

על ידי בחירה נכונה של R1, R2 & Rf, נוכל לקבל תוספת משוקללת של אותות הכניסה כגון; aV1 + bV2 אשר מסומן על ידי משוואת Vi. למעשה באופן כזה, מתווספים מתחי כניסה 'n'.

לכן, גודל מתח המוצא הוא כמות מתחי הכניסה ולכן מעגל זה ידוע בתור מעגל מוסיף או קיץ. במוצא, בגלל האינדיקציה השלילית של הסכום הוא ידוע כמגבר סיכום הפוך.

כיצד לגזור את פונקציית העברת מגבר סיכום היפוך

מגבר זה מוסיף את אותות הכניסה ומהפוך את הפלט. אותות הכניסה במגבר זה מתווספים עם ההגבר שלהם. המעגל הבא מציג את מגבר הסיכום ההפוך כולל שתי כניסות. פונקציית ההעברה של מגבר זה מוצגת להלן.

Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]

משתמש ב משפט סופרפוזיציה , נתחיל בכך שכניסת V2 תהיה אפסית כפי שמוצג באיור הבא. כאן הנקודה העיקרית היא להבין שרמת המתח בכניסה ההפוכה של המגבר היא אפס וולט מכיוון שהכניסה הלא מתהפכת מחוברת ל-GND.

מגבר תפעולי זה יקבע את רמת ה-o/p במתח שמביא את הקלט ההפוכה שלו לטווח דומה לכניסה הלא-הופכת. אז זה בגלל הרווח הדיפרנציאלי הגבוה מאוד של מגבר ההפעלה הזה כמו 100,000. אם ה-o/p הוא כמה וולטים (5V), המתח ההפרש בכניסה של המגבר התפעולי צריך להיות

Vd = 5V/100,000 = 50uV.

הקלט ההפוכה והלא-היפוך נחשב בפוטנציאל דומה עם מעט מיקרו-וולט בין הכניסות של מגבר ההפעלה. ה-GND הווירטואלי בתוך הכניסה ההפוכה מסייע בקביעת מפל המתח על נגד המשוב 'Rf'. מכיוון שהכניסה ההפוכה היא ב-0V, מפל המתח מעל Rf דומה ל-Vout. לפיכך, ניתן לכתוב את הזרם לאורך Rf, If כ;

אם = Vout/Rf

זרימת הזרם לאורך הנגד R1 היא זרם 'I1' וניתן לכתוב אותו כמו המשוואה הבאה.

I1=V1/R1

מגבר תפעולי הוא אידיאלי

המגבר התפעולי יכול להיחשב אידיאלי, ולכן זרם הטיית הכניסה 'Ib' קרוב מאוד לאפס. בנוסף, הנגד 'R2' מחובר עם רגל אחת ל-GND ואילו הרגל השנייה מחוברת לצומת GND וירטואלי. זרימת הזרם לאורך הנגד 'R2' קרובה מאוד לאפס. כאן החוק הנוכחי של קירכוף אומר שסכום כל הזרמים בתוך צומת הוא אפס, ולכן אנחנו יכולים לכתוב ש,

אם + I1 + I2 + Ib = 0

לאחר החלפת 'אם' ו-I1,

Vout/Rf = -V1/R1 או -V1 (Rf/R1)

המשוואה שלמעלה נראית דומה לפונקציית העברת מגבר הפעלה בתצורה הפוכה. המגבר כולל V1 ב-i/p שלו הוא מהפך רגיל מכיוון שזרימת הזרם לאורך 'R2' היא אפס.
בתנאים הבאים של משפט הסופרפוזיציה, אנו מאחסנים את 'V2' ועושים את 'V1' לאפס. הרעיונות הדומים הבאים כמו עבור 'V1', מתח o/p Vout2 בכל פעם שיש רק 'V2' בתוך מגבר הקלט הוא;

Vout2 = -V2 (Rf/R1)

פונקציית העברה:

על ידי הוספת שני מתחי ה-o/p, T.F של מגבר סיכום הפוך

Vout = Vout1 + Vout2

Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]

פונקציית ההעברה של מגבר זה עם אותות כניסה 'n' היא

Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +...+ Vn (Rf/Rn)]

דוגמה1:

הבה נניח את ערכי הנגדים עבור מגבר סיכום היפוך Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms. אותות השמע המבוא של מגבר זה הם Vinput1 = 1V ו-Vinput2 = 2V, אז חשב Vout עבור מגבר זה.

אנו יודעים ש-Rf = 100KOhms, R1=10KOhms ו-R2=10KOhms.

Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V

אם נחליף את הערכים האלה במשוואת המגבר המסכמת, נוכל לקבל;

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

= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2

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

מתח המוצא הוא -30 וולט, שהוא מוגבר וסיכום של אותות כניסה לאחר התאמת ערכי התנגדות. גורמים שונים משנים את הפלט של מגבר כמו; להרוויח מוצר רוחב פס, אספקת מתח והשפעות טעינה. עם זאת, הדוגמה לעיל של מגבר סיכום מספקת תובנות לגבי החשבון הבסיסי והאינטראקציה של רכיבים המניעים את המגבר הזה. ניתן להגדיל את תהליך הסיכום וההגברה של אותות כך שיכלול אותות שונים במשותף.

דוגמה 2:

מה יהיה מתח המוצא עבור מעגל מגבר הסיכום הבא אם שלושה אותות אודיו יניעו את המגבר הזה?

עבור כל ערוץ במעגל הנ'ל, ניתן למדוד את רווחי המתח בלולאה סגורה כ-;

ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 קילו אוהם / 20 קילו אוהם) => – 5 קילו אוהם.

ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 קילו אוהם / 10 קילו אוהם) => ACL2 = – 10 קילו אוהם.

ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 קילו אוהם / 50 קילו אוהם) => ACL3 = – 2 קילו אוהם.

ניתן לתת את מתח ה-o/p עבור מגבר סיכום זה כ;

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

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

= – (0.5 וולט + 2 וולט + 0.6 וולט) => – 3.1 וולט.

יתרונות חסרונות

ה יתרונות של היפוך מגבר סיכום כלול את הבאים.

• נקודת הסיכום במגבר זה היא בפוטנציאל האדמה באופן וירטואלי ולכן ההגדרות כמו גם האותות מכל ערוץ אחר אינם משפיעים זה על זה. כך, כל ערוץ מעורב או מסוכם מלבד רמת האות וכו'.
• מגבר זה מאפשר למומחי אודיו למזג אותות מערוצים שונים ולשחזר אותם לרצועה יחידה. כל כניסת שמע בודדת מוגדרת בנפרד מבלי להפריע לפלט.
  סוג זה של מגבר נותן בידוד בין הכניסות והפלט הבודדים בגלל ה-GND הווירטואלי שלו בצומת.

ה חסרונות של היפוך מגבר סיכום כלול את הבאים.

• החיסרון העיקרי של מגבר סיכום הפוך הוא שיש לו רווח נמוך למדי בהשוואה ל סוג שאינו מתהפך .
• מגבר זה רגיש לרעש ולכן הוא מפחית את יחס ה-S/N ומפחית את הדיוק של אות המוצא.
• החישוב של מגבר זה הופך למורכב כאשר מספר הכניסות גדל.
• היפוך הסכום במגבר זה עשוי שלא להיות רצוי במקרים מסוימים.

יישומים

ה יישומי מגבר סיכום היפוך כלול את הבאים.

• היפוך מגבר הסיכום עוזר בהפיכת הקוטביות (או) הפאזה של אות o/p של המגבר עם אות הכניסה.
• זוהי תצורת מגבר מאוד מיוחדת בכל מקום שבו אותות הכניסה מסוכמים ומתהפכים במוצא.
• סוג זה של מגבר סיכום משמש להוספת האותות.
• מגבר זה משמש להוספת אותות שונים עם רווחים מקבילים במיקסר האודיו.
• מגבר סיכום זה משמש להחלת מתח היסט DC דרך מתח אות AC.
• זה יכול לעבוד גם כמפחית פשוט על ידי מתן מתח o/p השווה לשינוי של שני מתחים.

לפיכך, זוהי סקירה של מגבר הפוך, מעגלים, עבודה, גזירה, יתרונות, חסרונות ויישומים. תפקידו העיקרי של מגבר זה הוא להפוך את הפאזה של אות o/p. אלה מגברים בעלי עכבת יציאה נמוכה, עכבת קלט גבוהה וערכי מעגל גמישים מאוד אשר ניתנים להתאמה בקלות לטיפול בהגבר של כל אות קלט.

המגבר התפעולי בסיכום מעגל המגבר קובע ההתנהגות שלה. מגבר ההפעלה במגבר זה פועל במצב עוקב מתח או מהפך. המשוואה של המגבר הזה פשוט מציינת את מתח ה-o/p שהוא ביחס למתחי הכניסה וכן את הנגדים בתוך המעגל. מגברי סיכום אלו משמשים ביישומים מעשיים שונים כמו; מערבלי שמע, בכל מקום שבו אותות קלט שונים מתמזגים לפלט יחיד. הנה שאלה בשבילך, מהו מגבר סיכום שאינו מתהפך?