1.4 Общие сведения и принцип работы сумматора на базе операционного усилителя

Сумматором называется устройство, выходное напряжение которого является суммой напряжений на его входе. Сумматор напряжений на базе ОУ в своей базовой реализации больше всего близок к законченному каскаду звукового устройства. Конечно же, данное устройство применяется не только в звукотехнике. Сумматорами активно пользуются при построении схем измерительных инструментов, медицинских приборов, устройств обработки ВЧ и СВЧ сигналов.

Принцип работы сумматора заключается в том, что все сигналы со всех входов складываются по напряжению и уже сложенные подаются на выход схемы. При этом может быть задан коэффициент усиления как самого сумматора, так и коэффициент ослабления каждого отдельно взятого сигнала. Количество входов сумматора не ограничено. Устройства, реализующие операцию сложения сигналов, могут быть выполнены на основе как инвертирующего, так и неинвертирующего усилителя.

Неинвертирующий сумматор формирует алгебраическую сумму нескольких напряжений не изменяя её знак.

Вывод: в данном разделе были приведены сведения о сумматорах на базе операционного усилителя, типы операционных усилителей, основные параметры операционного усилителя, принцип работы операционного усилителя, а также общие сведения и принцип работы сумматора на базе операционного усилителя.

2 Расчет сумматора на базе операционного усилителя

Схема суммирующего сумматора для реализации функции (выражение 2.1) приведена на рисунке 2.1:

(2.1)

R₄

Рисунок 2.1 – Схема суммирующего сумматора на ОУ

Выходное напряжение сумматора формула (2.2):

(2.2)

где – коэффициенты усиления (весовые коэффициенты) (формула 2.3) по входам:

(2.3)

где – сопротивление обратной связи (резистор ), – сопротивление в цепи данного входа.

По заданному значению (равному 55 кОм) и весовым коэффициентам входов ( равно -9,5; равно -8,5 ; равно -8,5; равно -6,0;) определяем сопротивления для каждого входа выражения (2.4):

(2.4)

Входное сопротивление по инвертирующему входу (формула 2.5):

1,66 кОм. (2.5)

Так как по условию: , то входное сопротивление по неинвертирующему входу:

.

Для реализации в технике примем номинальные значения сопротивлений резисторов, которые соответствуют ряду Е24. Значения сопротивлений резистора составит 5,6 кОм, составит 6,8 кОм, составит 6,8 кОм, составит 9,1 кОм.

Выходное напряжение при выполнении данной операции (выражение 2.2) . При максимальном выходном напряжении ОУ, равном 10В, единичное входное напряжение (равное по всем входам) (выражение 2.6):

-0,3 В. (2.6)

При единичном входном напряжении 100 мВ ( ). Доля входов составит (выражение 2.7):

950 мВ;

= 850 мВ;

= 850 мВ;

= 600 мВ;

(2.7)

Выходное напряжение сумматора (выражение 2.8)

= 950 850 850 600 = 3250 мВ.

(2.8)

Для реализации в технике рассчитаем выходные напряжения (формулы 2.2 и 2.3) и получим следующее, (выражение 2.9):

982 мВ;

= мВ;

= мВ;

= Мв;

= 982 809 809 604 = 3204 мВ.

(2.9)

На рисунке 2.2 приведено сравнение теоретических и расчетных выходных напряжения для суммирующего сумматора на операционном усилителе:

Рисунок 2.2 – Сравнение теоретических и расчетный выходных напряжения для суммирующего сумматора на ОУ

Абсолютная погрешность для выходного напряжения (выражение 2.11):

В. (2.11)

Относительная погрешность для выходного напряжения (выражение 2.12):

(2.12)

Вывод: во втором разделе была произведена схема суммирующего сумматора, по заданному значению и весомым коэффицентам входов были определены сопротивления для каждого входа, также расчитано сопротивление по инвертирующему и неинвертирующему входу, расчитаны входные и выходные напряжения сумматора, приведено сравнение теоретический и расчетных выходных напряжений для суммирующего сумматора на операционном усилителе, также была расчитана абсолютная погрешность для выходного напряжения и относительная погрешность для выходного напряжения.