Lektsionnye_materialy_osen_2013 (1) / 39 Сумматоры напаряжений на ОУ

37 Сумматоры токов и напряжений на базе ОУ

На рисунке 1 приведена схема устройства для взвешенного и взаимонезависимого суммирования сигнальных напряжений u_вх от ряда источников напряжения. Она получена на базе схемы преобразования ток-напряжение (рисунок 2). В условиях действия в схеме на рисунке 1 глубокой ООС

u_вых = -{(R_F  / R1) u_вх1 + (R_F  / R2) u_вх2 + … + (R_F  / R_п) u_{вх п} }= -, (1)

где _k = R_F  / R_k – весовой множитель, с которым входит в суммарный сигнал u_вых напряжение u_{вх k} от k-го источника; n – число суммируемых сигналов.

Рисунок 1. Схема суммирования напряжений

Рисунок 2. Прообраз схемы суммирования токов

Ценным свойством схемы на ОУ является свойство взаимонезависимого суммирования напряжений. Оно состоит в том, что в ней подключение в схеме на рисунке 1 к точке а практически любого количества дополнительных источников тока или напряжения или других цепей с ненулевым выходным сопротивлением не приводит к изменениям характера передачи напряжения от остальных источников (не приводит к изменению значений множителей _k). Это свойство широко используется при построении устройств аналого-цифрового преобразования и целого ряда других аналоговых схем.

Следует подчеркнуть, что взаимонезависимое суммирование в рассматриваемых схемах выполняется только в условиях действия глубокой ООС, т. е. когда петлевая передача

Т = К_ОУ 1 / (1 + R_F  g_c) >> 1,

где; g_c = 1 / R1 + 1 / R₂ + … + 1 / R_п – суммарная выходная проводимость, образованная параллельным соединением выходных сопротивлений всех источников суммируемых токов или напряжений.

Свойством взаимно независимого суммирования не обладает так называемый вычитающий сумматор (рисунок 3), организованный на основе комбинированного включения. В нем точка а не является нулевой суммирующей точкой, так как ее потенциал (в условиях действия глубокой отрицательной обратной связи) фактически повторяет потенциал u_вх+. В результате этого значения токов i₁...i_n зависят не только от соответствующих входных напряжений u₁... u_{вх п}, но и от напряжения u_вх+. В этой схеме нарушению принципа взаимно-независимого суммирования способствует также то, что передаточные свойства сигнального напряжения u_вх+ зависят от общей выходной проводимости g_cS, а именно

u_вых+ = u_вх+(1 + R_F  g_c),

где u_вых+ – часть выходного напряжения, обусловленная входным сигналом u_вх+. Следует также отметить, что из-за высокоомности ОУ по неинвертирующему входу трудно обеспечить взаимно-независимое суммирование двух и более сигналов на этом входе.

Рисунок 3. Вычитающий сумматор