在反相运算放大器中,反相放大器有一个输入电压(Vin)施加到反相输入端。单片机开发工程师表示,如果在输入中增加更多的输入电阻,每个输入电阻的值都等于原始输入电阻(Rin),则最终会得到另一个运算放大器电路,称为求和放大器电路。
求和放大器电路
在这个简单的求和放大器电路中,输出电压(Vout)现在与输入电压的总和V1,V2,V3等成比例。然后,我们可以修改反相放大器的原始公式:
但是,如果所有输入阻抗(R IN)的值都相等,我们可以简化上面的公式以得到以下输出电压:
求和放大器输出电压公式
现在,我们有一个运算放大器电路,它将放大每个单独的输入电压并产生与三个单独的输入电压V 1,V 2和V
3的代数“SUM”成比例的输出电压信号。如果需要,我们还可以添加更多的输入,因为每个单独的输入“看到”它们各自的电阻,Rin是唯一的输入阻抗。
这是因为输入信号被运算放大器的反相输入处的“虚拟接地”节点有效地彼此隔离。当所有电阻都相等且Rf等于Rin时,也可以获得直接电压加法。
注意,当求和点连接到运算放大器的反相输入时,该电路将产生任意数量的输入电压的负和。同样,当求和点连接到运算放大器的同相输入时,它将产生输入电压的正和。
甲缩放加法放大器可以如果单独的输入电阻是“NOT”等于制成。然后,必须将公式修改为:
为了简化数学运算,我们可以重新排列以上公式,使反馈电阻Rf成为给出输出电压的公式:
如果将更多输入电阻连接到放大器的反相输入端子,则可以轻松计算输出电压。每个单独通道的输入阻抗是它们各自输入电阻的值,即R 1,R 2,R 3
…等。
有时我们需要一个求和电路,将两个或多个电压信号加在一起而不进行任何放大。通过将电路上的所有电阻都设为相同的值R,运算放大器将获得一个单位的电压增益,并且输出电压等于所有输入电压的直接和,如下所示:
求和放大器示例1:
找到以下求和放大器电路的输出电压。
求和放大器
使用先前得到的公式获得电路增益:
现在,我们可以如下替换电路中电阻的值:
我们知道输出电压是两个放大的输入信号之和,其计算公式为:
然后,上述求和放大器电路的输出电压为-45 mV,其反相放大器的输出电压为负。
同相求和放大器
但是,除了构造反相求和放大器之外,我们还可以使用运算放大器的同相输入来产生同相求和放大器。上面我们已经看到,反相求和放大器产生其输入电压的负和,然后得出非反相求和放大器配置将产生其输入电压的正和。
顾名思义,同相求和放大器基于同相运算放大器电路的配置,其中输入(交流或直流)施加到同相(+)端子,而所需的负如图所示,通过将输出信号(V
OUT)的一部分反馈到反相(-)端子,可以实现反馈和增益。
同相求和放大器
因此,与反相求和放大器配置相比,同相配置的优势是什么?除了最明显的事实,即运算放大器的输出电压V
OUT与输入同相,并且输出电压是其所有输入的加权和,这些输入本身由其电阻比决定,这是同相的最大优势。求和放大器的原因在于,由于输入端子之间没有虚拟接地,因此其输入阻抗远高于标准反相放大器配置的输入阻抗。
同样,如果运算放大器的闭环电压增益发生变化,则电路的输入求和部分也不受影响。但是,在求和点处为每个单独的输入选择加权增益时,会涉及更多的数学运算,尤其是当有两个以上的输入各自具有不同的加权因子时,尤其如此。但是,如果所有输入都具有相同的电阻值,那么所涉及的数学将少很多。
如果使同相运算放大器的闭环增益等于求和输入的数量,则运算放大器的输出电压将恰好等于所有输入电压的总和。也就是说,对于两输入同相求和放大器,运算放大器增益等于2,对于三输入同相放大器,运算放大器增益为3,依此类推。这是因为流入每个输入电阻器的电流是其所有输入电压的函数。如果输入电阻全部相等(R
1 = R 2),则循环电流将抵消,因为它们无法流入运算放大器的高阻抗同相输入,并且voutput电压成为其输入之和。
因此,对于2输入同相求和放大器,流入输入端子的电流可以定义为:
如果我们使两个输入电阻等于在值,则-[R1 = R2 = R]。
同相求和放大器电路的电压增益的标准公式为:
非反相放大器的闭环电压增益甲V由下式给出:1 + R A / R B。如果我们通过使R A = R B来使该闭环电压增益等于2 ,则输出电压V
O等于所有输入电压的总和。
同相求和放大器输出电压
因此,对于3输入同相求和放大器配置,将闭环电压增益设置为3将使V OUT等于三个输入电压V 1,V 2和V
3的总和。同样,对于四输入求和器,闭环电压增益将为4,对于五输入求和器则为5,依此类推。还要注意,如果将求和电路的放大器连接为一个单位跟随器,并且R
A等于零,R B等于无穷大,那么在没有电压增益的情况下,输出电压V OUT将恰好等于所有输入的平均值电压。即V OUT=(V 1 + V 2)/ 2。
求和放大器应用
那么我们可以将求和放大器用于反相还是同相。如果将求和放大器的输入电阻连接到电位计,则各个输入信号可以以不同的量混合在一起。
例如,测量温度时,您可以添加一个负偏移电压以使输出电压或在冰点显示读数为“
0”,或者制作一个音频混音器以将来自不同源通道(人声,乐器等),然后将它们组合发送到音频放大器。
求和放大器音频混音器
求和放大器的另一个有用的应用是作为加权和数模转换器(DAC)。如果求和放大器的输入电阻R
IN对于每个输入而言都是两倍的值,例如1kΩ、2kΩ、4kΩ、8kΩ、16kΩ等,则为数字逻辑电压,逻辑电平为“0”或逻辑电平这些输入上的“1”将产生一个输出,该输出是数字输入的加权和。考虑下面的电路。
数模转换器
当然,这是一个简单的例子。在此DAC求和放大器电路中,构成输入数据字的各个位数最终将确定输出阶跃电压占满量程vwin 输出电压的百分比。
同样,该满量程模拟输出的精度取决于输入位的电压电平,对于“0”始终为0V,对于“1”始终为5V,以及用于输入电阻器R IN的电阻值的精度。
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