Amplificatore Operazionale in configurazione Sommatore Invertente
L' amplificatore Sommatore è un altro tipo di configurazione del circuito amplificatore operazionale che viene utilizzato per combinare le tensioni presenti su due o più ingressi in una singola tensione di uscita.
Abbiamo visto in precedenza che l'amplificatore invertente ha una singola tensione di ingresso (Vin) applicata al terminale di ingresso invertente. Se aggiungiamo più resistenze all'ingresso, ognuna uguale in valore rispetto alla resistenza d'ingresso originale (Rin), finiremo con un altro circuito amplificatore operazionale chiamato Amplificatore Sommatore , " sommatore invertente " come mostrato sotto.
Circuito Amplificatore Operazionale Sommatore
In questo semplice circuito di un amplificatore sommatore la tensione di uscita (Vout) diventa proporzionale alla somma delle tensioni di ingresso V1, V2, V3, ecc.
Quindi possiamo modificare l'equazione originale dell'amplificatore invertente per tener conto di questi nuovi ingressi così:
Quindi possiamo modificare l'equazione originale dell'amplificatore invertente per tener conto di questi nuovi ingressi così:
Equazione inversa...
quindi..
Tuttavia, se tutte le resistenze d'ingresso (Rin) sono uguali, possiamo semplificare l'equazione sopra indicata per dare una tensione di uscita di:
Ora abbiamo un circuito amplificatore operazionale che amplificherà ogni singola tensione di ingresso e produrrà un segnale di tensione in uscita proporzionale alla "SOMMA" algebrica delle tre singole tensioni di ingresso V1 , V2 e V3 . Possiamo anche aggiungere ulteriori ingressi se necessario, poiché ogni singolo ingresso "vede" la rispettiva resistenza, Rin come l'unica impedenza d'ingresso.
Si noti che quando il punto di somma è collegato all'ingresso invertente dell'amplificatore il circuito produrrà la somma negativa di qualsiasi numero di tensioni di ingresso. Allo stesso modo, quando il punto di somma è collegato all'input non invertente dell'amplificatore, produrrà la somma positiva delle tensioni di ingresso.
Un amplificatore di sommatore può essere fatto anche se le singole resistenze di ingresso "non sono uguali".
Allora l'equazione dovrebbe essere modificata in:
Si noti che quando il punto di somma è collegato all'ingresso invertente dell'amplificatore il circuito produrrà la somma negativa di qualsiasi numero di tensioni di ingresso. Allo stesso modo, quando il punto di somma è collegato all'input non invertente dell'amplificatore, produrrà la somma positiva delle tensioni di ingresso.
Un amplificatore di sommatore può essere fatto anche se le singole resistenze di ingresso "non sono uguali".
Allora l'equazione dovrebbe essere modificata in:
Per rendere la matematica un po più facile, possiamo riorganizzare la formula di sopra per rendere la resistenza di retroazione RF il soggetto dell'equazione che fornisce la tensione di uscita come:
Ciò consente di calcolare facilmente la tensione di uscita se sono collegati più resistori d'ingresso al terminale di ingresso invertente dell'amplificatore. L'impedenza di ingresso di ciascun canale è il valore delle rispettive resistenze di ingresso, cioè R1 , R2 , R3 ... etc.
A volte abbiamo bisogno di un circuito sommatore per aggiungere solo due o più segnali di tensione senza alcuna amplificazione. Mettendo tutte le resistenze (R) del circuito sopra allo stesso valore , l'amplificatore operazionale ha un guadagno di tensione unitario e una tensione di uscita pari alla somma diretta di tutte le tensioni di ingresso come mostrato:
A volte abbiamo bisogno di un circuito sommatore per aggiungere solo due o più segnali di tensione senza alcuna amplificazione. Mettendo tutte le resistenze (R) del circuito sopra allo stesso valore , l'amplificatore operazionale ha un guadagno di tensione unitario e una tensione di uscita pari alla somma diretta di tutte le tensioni di ingresso come mostrato:
L' Amplificatore Sommatore è un circuito molto flessibile, che ci permette di "aggiungere" o "sommare" (da qui il suo nome) diversi singoli segnali di ingresso. Se le resistenze sugli ingressi, R1 , R2 , R3 , ecc, sono tutte uguali avremo un “guadagno unitario invertente”.
Esempio Amplificatore Operazionale Sommatore
Trovare la tensione di uscita del seguente circuito Amplificatore Sommatore:
Utilizzando la formula precedentemente trovata per il guadagno del circuito:
Ora possiamo sostituire i valori delle resistenze nel circuito come segue:
Sappiamo che la tensione di uscita è la somma dei due segnali di ingresso amplificati e viene calcolata come:
Quindi la tensione di uscita del circuito Amplificatore Sommatore Invertente sopra è data come -45 mV ed è negativa perché amplificata e invertita.
Convertitore Digitale-Analogico detto anche a Resistenze Pesate
Naturalmente questo è un semplice esempio. In questo circuito Amplificatore Operazionale DAC a Resistenze Pesate, il numero di singoli bit costituiscono la parola dati di ingresso e in questo esempio a 4 bit determineranno in ultima analisi la tensione di uscita Vout come percentuale della tensione di uscita analogica a pieno scala.
Inoltre, l'accuratezza di questa uscita analogica a pieno scala dipende dai livelli di tensione dei bit di ingresso che sono costantemente 0V per "0" e costantemente 5V per "1", nonché l'accuratezza dei valori di resistenza utilizzati per le resistenze di ingresso, Rin .
Fortunatamente per superare questi errori, almeno da parte nostra, i dispositivi Digitale-Analogico e Analogico-Digitale commercialmente disponibili sono con reti di stazioni resistenti altamente accurate già incorporate.
Inoltre, l'accuratezza di questa uscita analogica a pieno scala dipende dai livelli di tensione dei bit di ingresso che sono costantemente 0V per "0" e costantemente 5V per "1", nonché l'accuratezza dei valori di resistenza utilizzati per le resistenze di ingresso, Rin .
Fortunatamente per superare questi errori, almeno da parte nostra, i dispositivi Digitale-Analogico e Analogico-Digitale commercialmente disponibili sono con reti di stazioni resistenti altamente accurate già incorporate.
Nel prossimo esempio possiamo vedere un circuito Amplificatore Operazionale in Configurazione DAC a Resistenze Pesate sviluppato sul programma Multisim14 dove l'uscita analogica è resa positiva grazie al secondo amplificatore in configurazione invertente.
| Convertitore_a_resistenze_pesate_multisim14.ms14 |
Nel prossimo tutorial sugli amplificatori operazionali esamineremo l'effetto della tensione di uscita Vout quando un segnale è collegato all'ingresso invertente e sull'ingresso non invertente allo stesso tempo, per produrre un altro tipo comune di circuito amplificatore operazionale denominato Amplificatore Differenziale che può essere utilizzato per "sottrarre" le tensioni presenti sui suoi ingressi.