Uma das principais aplicações do amplificador operacional é o amplificador somador ou somador. Quando a impedância de entrada do amplificador operacional é enorme, acima de um sinal de entrada é fornecido ao amplificador inversor para adicionar o sinal fornecido na saída, conhecido como amplificador somador. Este é um circuito de amplificador operacional onde diferentes sinais de entrada de tensão são adicionados ao amplificador inversor em uma única tensão de saída. Assim, este circuito é classificado em dois tipos com base no sinal de saída; amplificador somador inversor e amplificador somador não inversor. Este artigo fornece breves informações sobre um amplificador somador inversor , seu funcionamento e suas aplicações.
O que é amplificador somador inversor?
Um amplificador somador inversor é uma das principais configurações de amplificador operacional onde os sinais de entrada são somados e invertidos na saída. Este amplificador inverte a fase ou polaridade do sinal de saída em comparação com o sinal de entrada. Nesta configuração de amplificador, a entrada inversora do amplificador operacional obtém a tensão de entrada e a entrada não inversora é conectada ao GND. Assim, o ganho deste amplificador pode ser controlado através da escolha dos valores do resistor de feedback e do resistor de entrada.
Papel do amplificador operacional no amplificador somador:
No circuito amplificador somador, o amplificador operacional ou amplificador operacional desempenha um papel fundamental. Compreender o amplificador operacional determinará o comportamento do amplificador somador. Um amplificador operacional é um amplificador de tensão de alto ganho que inclui uma entrada diferencial e uma saída de terminação única. A tensão de saída no amplificador operacional é proporcional à variação nas duas tensões de entrada.
O amplificador operacional em um amplificador somador é usado em dois modos diferentes; seguidor de tensão e modo inversor.
- No modo seguidor de tensão, a tensão de saída do amplificador operacional reproduz a tensão de entrada para tornar o amplificador operacional ideal principalmente para buffer de sinal.
- No modo Inversor, a tensão de saída do amplificador operacional pode ser amplificada e invertida para a tensão de entrada.
O funcionamento do amplificador somador é extremamente dependente da configuração do Amp Op. Portanto, a operação do amplificador operacional no amplificador somador fornece cálculo preciso, amplificado e potencialmente invertido das tensões de entrada fornecidas ao amplificador somador.
Amplificador Somador Inverso Funcionando
Este amplificador somador inversor funciona invertendo a polaridade (ou) fase do sinal o/p do amplificador para o sinal i/p. Portanto, o sinal de entrada deste amplificador é fornecido à entrada inversora e a entrada não inversora é fornecida ao terminal de aterramento. O sinal de saída amplificado que pode ser gerado está sempre 180° fora de fase em relação à entrada. Uma entrada positiva deste amplificador produz uma saída negativa e vice-versa. O ganho deste amplificador pode ser controlado selecionando os valores do resistor de feedback e do resistor de entrada. Um saída do amplificador somador inversor tensão pode ser expressa como:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
O ganho do amplificador somador inversor é Ganho (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Aqui é importante notar que o amplificador somador do amplificador operacional também pode ser projetado através da configuração não inversora. Mas a principal distinção entre o amplificador somador inversor e não inversor é a entrada impedância . Um amplificador somador inversor tem menos impedância de entrada em comparação com um amplificador somador não inversor devido à rede de feedback. Portanto, os sinais de entrada deste amplificador podem ser amplificados com base nos resistores conectados ao amplificador operacional e a soma dos sinais de entrada amplificados pode ser invertida e aparecer no amplificador operacional.
Circuito Amplificador Somador Inverso
O amplificador somador inversor é uma versão extensiva do projeto do amplificador inversor, o que significa que várias entradas são fornecidas ao terminal inversor do amplificador operacional enquanto o terminal não inversor é conectado ao GND. O circuito amplificador somador inversor é mostrado abaixo. Este circuito possui várias tensões de entrada que são conectadas ao terminal de entrada inversora do amplificador e a saída será a quantidade de todas as tensões de entrada aplicadas, mas invertidas.
No circuito acima, quando o terminal não inversor está conectado ao GND, o terminal inversor está no GND virtual. Assim, o nó de entrada inversora se tornará um nó ideal principalmente para somar as correntes i/p.
Equação do amplificador de soma invertida
O amplificador somador inversor usando amplificador operacional é mostrado abaixo. Neste circuito, todos os sinais de entrada adicionados podem ser fornecidos ao terminal de entrada inversor. Então, o circuito com duas entradas
No circuito acima, o terminal não inversor ou ponto B está aterrado, devido ao conceito GND virtual, o nó-A também pode estar no potencial GND virtual.
VA = VB = 0 —— (I)
Do lado de entrada deste circuito;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
Aplicando no nó A e a corrente no amplificador operacional de entrada é zero.
Eu = I1 + I2—— (iv)
Da saída do amplificador,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Substitua as equações ii, iii em iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Se as três resistências R1, R2 e Rf forem iguais, então R1= R2 = Rf, então a equação acima se tornará como;
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
Ao selecionar R1, R2 e Rf corretamente, podemos obter uma adição ponderada dos sinais de entrada, como; aV1 + bV2 que é indicado pela equação Vi. Na verdade, desta maneira, ‘n’ tensões de entrada são adicionadas.
Portanto, a magnitude da tensão de saída é a quantidade das tensões de entrada e, portanto, este circuito é conhecido como somador ou circuito de verão. Na saída, devido à indicação negativa da soma, é conhecido como amplificador somador inversor.
Como derivar a função de transferência do amplificador somador inversor
Este amplificador adiciona os sinais de entrada e inverte a saída. Os sinais de entrada neste amplificador são adicionados com seu ganho. O circuito a seguir mostra o amplificador somador inversor incluindo duas entradas. A função de transferência deste amplificador é mostrada abaixo.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Usando o teorema da superposição , vamos começar zerando a entrada V2, conforme mostrado na figura a seguir. Aqui o ponto principal é entender que o nível de tensão na entrada inversora do amplificador operacional é zero volts porque a entrada não inversora está conectada ao GND.
Este amplificador operacional definirá o nível o/p em uma tensão que traz sua entrada inversora para uma faixa semelhante à entrada não inversora. Então isso se deve ao ganho diferencial muito alto deste amplificador operacional, como 100.000. Se o/p for de alguns volts (5V), a tensão diferencial na entrada do amplificador operacional deve ser
Vd = 5V/100.000 = 50uV.
A entrada inversora e não inversora é considerada em um potencial semelhante com poucos microvolts entre as entradas do amplificador operacional. O GND virtual dentro da entrada inversora auxilia na determinação da queda de tensão no resistor de feedback ‘Rf’. Como a entrada inversora está em 0V, a queda de tensão acima de Rf é semelhante a Vout. Assim, a corrente em Rf, If pode ser escrita como;
Se = Vout/Rf
O fluxo de corrente através do resistor R1 é a corrente ‘I1’ e pode ser escrito como a seguinte equação.
I1=V1/R1
Amplificador operacional é ideal
O amplificador operacional pode ser considerado ideal, portanto a corrente de polarização de entrada ‘Ib’ é muito próxima de zero. Além disso, o resistor ‘R2’ está conectado com uma única perna ao GND, enquanto a outra perna está conectada a um nó GND virtual. O fluxo de corrente através do resistor ‘R2’ é muito próximo de zero. Aqui, a lei das correntes de Kirchoff diz que a soma de todas as correntes dentro de um nó é zero, portanto podemos escrever que,
Se + I1 + I2 + Ib = 0
Depois de substituir 'If' & I1,
Vout/Rf = -V1/R1 ou -V1 (Rf/R1)
A equação acima é semelhante à função de transferência do amplificador operacional em uma configuração inversora. O amplificador que inclui V1 em seu i/p é um inversor regular, pois o fluxo de corrente em ‘R2’ é zero.
Nas seguintes condições do teorema da superposição, armazenamos 'V2' e tornamos 'V1' zero. As seguintes idéias semelhantes às de 'V1', a tensão o/p Vout2 sempre que houver apenas 'V2' no amplificador de entrada;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Função de transferência:
Ao adicionar as duas tensões o / p, o TF do amplificador somador inversor
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
A função de transferência deste amplificador com 'n' sinais de entrada é
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Exemplo 1:
Vamos supor os valores dos resistores para o amplificador somador inversor Rf = 100KOhms, R1 = 10KOhms e R2 = 10KOhms. Os sinais de áudio de entrada deste amplificador são ‘Vinput1 = 1V e Vinput2 = 2V, então calcule Vout para este amplificador.
Sabemos que Rf = 100KOhms, R1=10KOhms e R2=10KOhms.
Vinput1 = 1V e Vinput2 = 2V
Se substituirmos esses valores na equação do amplificador somador, podemos obter;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
A tensão de saída é de -30Volts, que é uma amplificação e soma dos sinais de entrada após o ajuste dos valores de resistência. Diferentes fatores alteram a saída de um amplificador; ganho de produto de largura de banda, alimentação de tensão e efeitos de carga. No entanto, o exemplo acima de um amplificador somador fornece informações sobre a aritmética fundamental e a interação dos componentes que acionam este amplificador. O processo de soma e amplificação de sinais pode ser ampliado para incluir vários sinais em conjunto.
Exemplo2:
Qual será a tensão de saída para o seguinte circuito amplificador somador se três sinais de áudio acionarem este amplificador?
Para cada canal no circuito acima, os ganhos de tensão em malha fechada podem ser medidos como;
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.
A tensão o/p para este amplificador somador pode ser dada como;
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVolts) + (10 * 200 mVolts) + (2 * 300 mVolts)]
= – (0,5 Volts + 2 Volts + 0,6 Volts) => – 3,1 Volts.
Vantagens desvantagens
O vantagens de inverter um amplificador somador inclui o seguinte.
- O ponto de soma neste amplificador está virtualmente no potencial de terra e, portanto, as configurações, bem como os sinais de cada canal diferente, não influenciam uns aos outros. Assim, cada canal é mixado ou somado além do nível do sinal, etc.
- Este amplificador permite que especialistas em áudio mesclem sinais de diferentes canais e os reproduzam em uma única faixa. Cada entrada de áudio é configurada separadamente sem perturbar a saída.
Este tipo de amplificador oferece isolamento entre as entradas e saídas individuais devido ao seu GND virtual no nó.
O desvantagens de inverter um amplificador somador inclui o seguinte.
- A principal desvantagem de um amplificador somador inversor é que ele tem um ganho bastante menor em comparação com o tipo não inversor .
- Este amplificador é sensível ao ruído, por isso degrada a relação S/N e diminui a precisão do sinal de saída.
- O cálculo deste amplificador torna-se complexo à medida que o número de entradas aumenta.
- A inversão da soma neste amplificador pode não ser desejável em alguns casos.
Formulários
O aplicações de amplificador somador inversor inclui o seguinte.
- A inversão do amplificador somador ajuda a inverter a polaridade (ou) fase do sinal o/p do amplificador com o sinal de entrada.
- Esta é uma configuração de amplificador muito especializada, onde os sinais de entrada são somados e invertidos na saída.
- Este tipo de amplificador somador é usado para adicionar os sinais.
- Este amplificador é usado para adicionar diferentes sinais com ganhos equivalentes no mixer de áudio.
- Este amplificador somador é utilizado para aplicar uma tensão de deslocamento CC através de uma tensão de sinal CA.
- Também pode funcionar como subtrator simplesmente fornecendo uma tensão o/p que é equivalente à variação de duas tensões.
Assim, esta é uma visão geral de um amplificador inversor, circuitos, funcionamento, derivação, vantagens, desvantagens e aplicações. A principal função deste amplificador é inverter a fase do sinal o/p. Esses amplificadores têm baixa impedância de saída, alta impedância de entrada e valores de circuito muito flexíveis que podem ser facilmente ajustados para lidar com o ganho de cada sinal de entrada.
O amplificador operacional na soma circuito amplificador determina seu comportamento. O amplificador operacional neste amplificador opera no modo seguidor de tensão ou inversor. A equação deste amplificador indica simplesmente a tensão o/p que é relativa às tensões de entrada, bem como aos resistores dentro do circuito. Esses amplificadores somadores são usados em diferentes aplicações práticas como; mixers de áudio, onde quer que diferentes sinais de entrada sejam mesclados em uma única saída. Aqui vai uma pergunta para você: o que é um amplificador somador não inversor?
