5. Инвертирующий сумматор

Данное ЭУ предназначено для формирования напряжения, равного усиленной алгебраической сумме нескольких входных сигналов, т.е. выполняет математическую операцию суммирования нескольких сигналов. При этом выходной сигнал дополнительно инвертируется, отсюда и название — инвертирующий сумматор. В качестве примера на рис. 8.8 приведена схема устройства, выполняющего данную операцию для трех входных напряжений.

Считая ОУ идеальным, можно сказать, что и_вх.и = и_вх.н. Однако согласно приведенной схеме и_вх.и =0. Следовательно, и и_вх.н =0. В этом случае для инвертирующего входа согласно первому закону Кирхгофа можно записать

Откуда не представляет труда получить выражение для выходного напряжения

Т.е. сигнал на выходе равен инверсии от алгебраической суммы входных сигналов, взятых со своими масштабными коэффициентами.

В частном случае, если , из выражения (8.24) получим

_(8.25)

Выражение (8.25) справедливо для любого числа входных напряжений.

Если в схеме на рис. 8.8 выбрать и , то согласно выражению (8.25) получим

_(8.26)

Следовательно, на выходе схемы будет формироваться напряжение, равное инвертированному среднему арифметическому от n входных напряжений. Поэтому такие схемы называют схемами усреднения.

Выражения, полученные для неинвертирующего сумматора, справедливы для входных напряжений произвольного вида.

6. Схема сложения —вычитания

В схеме на рис. 8.8 входные сигналы подавались на инвертирующий вход ОУ. Вследствие этого выходной сигнал равнялся инвертированной сумме входных напряжений. Ранее (см. рис. 8. 7) было показано, что входное напряжение можно подавать на различные входы ОУ через соответствующие резисторы. Это позво­нил учить на выходе усиленную разность входных напряжений. Схема усилителя, в которой на инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ одновременно подается несколько напряжений, показана на рис. 8.9.

Общее выражение для рассматриваемого усилителя достаточно громоздко. Поэтому воспользуемся найденным ранее для дифференциального усилителя условием (8.23), согласно которому для получения на выходе усилителя сигнала разности входных напряжений необходимо, чтобы .

Применительно к схеме на рис. 8.9 резисторы R₁ и R₂ схемы на рис.8.7 превратились в параллельное включение нескольких резисторов. Тогда, складывая проводимости соответствующих резисторов, применительно к схеме на рис. 8.9 условие (8.23) можно писать в виде

Каждый член полученного выражения равен значению коэффициента передачи схемы по соответствующему ее входу. Поэтому для обеспечения работоспособности усилителя по схеме на рис. 8.9 сумма коэффициентов передачи по его инвертирующим входам должна равняться сумме коэффициентов передачи по его неинвертирующим входам.

При выполнении условия (8.27) для выходного напряжения рассматриваемого усилителя можно записать

На практике при разработке схем, аналогичных схеме рис. 8.9, может оказаться, что при обеспечении требуемых коэффициентов передачи по каждому входу условие (8.27) не будет выполняться и выходное напряжение такой схемы не будет определяться выражением (8.28). В этом случае необходимо провести так называемую балансировку схемы. Она сводится к введению в схему дополнительного резистора, включенного между общей шиной и входом усилителя, суммарный коэффициент передачи по которому в смысле выражения (8.27) будет меньше. Требуемое сопротивление дополнительного резистора определяется условием (8.27).