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.
Инвертирующий сумматор строится на основе инвертирующего усилителя и предназначен для формирования на выходе напряжения, равного усиленной алгебраической сумме нескольких входных напряжений, т. е. выполняет математическую операцию суммирования нескольких сигналов. При этом суммарный сигнал дополнительно инвертируется, отсюда и название – инвертирующий сумматор.
Неинвертирующий сумматор формирует алгебраическую сумму нескольких напряжений не изменяя её знак.
2 Расчет сумматора на базе операционного усилителя
Схема инвертирующего сумматора для реализации функции (выражение 2.1) приведена на рисунке 2.1:
(2.1)
Рисунок 2.1 – Схема параллельного инвертирующего сумматора на ОУ
Выходное напряжение инвертирующего 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 5
кОм) и весовым коэффициентам входов (
равно 10.5;
равно 6;
равно 2;
равно 1.5;
равно 4.5) определяем
сопротивления для каждого входа выражения
(2.4):
|
(2.4) |
Для нормальной работы сумматора надо уравнять сопротивления по обоим входам. В противном случае входные токи ОУ вызовут на них неодинаковое падение напряжений и на входе ОУ появиться разностный сигнал, который будет им усилен. На выходе будет Uвых при отсутствии Uвх. Входное сопротивление по инвертирующему входу (формула 2.5):
3.7 кОм.
(2.5)
Входное сопротивление по неинвертирующему входу:
=
Чтобы выровнять входные сопротивления параллельно инвертирующему входу, надо включить резистор R6 так, чтобы:
=
=
Для
реализации в технике примем номинальные
значения сопротивлений резисторов,
которые соответствуют ряду Е24. Значения
сопротивлений резисторов
составит 24 кОм,
составит 39 кОм, а для
будет 75 кОм, а резистор
остается без изменений.
Выходное
напряжение при выполнении данной
операции (выражение 2.2)
1U.
При максимальном выходном напряжении
ОУ равное 10В единичное входное напряжение
(равное по всем входам) (выражение 2.6):
3,33 В
(2.6)