Op-amp'in ana uygulamalarından biri toplama amplifikatörü veya toplayıcı. Op-amp'in giriş empedansı çok büyük olduğunda, toplama amplifikatörü olarak bilinen çıkışta verilen sinyali eklemek için ters çevirici amplifikatöre bir giriş sinyalinin üzerinde sağlanır. Bu, farklı voltaj giriş sinyallerinin eklendiği bir op-amp devresidir. ters çevirici amplifikatör tek bir çıkış voltajına dönüştürür. Yani bu devre çıkışın işaretine göre iki tipe ayrılır; Ters çeviren toplama amplifikatörü ve ters çevirmeyen toplama amplifikatörü. Bu makalede bir konu hakkında kısa bilgi verilmektedir. ters toplama amplifikatörü , çalışması ve uygulamaları.
Ters Çevirme Toplama Yükselteci Nedir?
Tersine çeviren bir toplama amplifikatörü, giriş sinyallerinin çıkışta toplandığı ve ters çevrildiği ana op-amp konfigürasyonlarından biridir. Bu amplifikatör, giriş sinyaliyle karşılaştırıldığında çıkış sinyalinin fazını veya polaritesini tersine çevirir. Bu amplifikatör konfigürasyonunda, op-amp'in evirici girişi giriş voltajını alır ve evirici olmayan giriş GND'ye bağlanır. Böylece, bu amplifikatörün kazancı, geri besleme direnci ve giriş direnci değerlerinin seçimi yoluyla kontrol edilebilir.
Toplama Amplifikatöründe Op-Amp Rolü:
Amplifikatör devresini toplarken, op-amp veya işlemsel yükselteç anahtar rol oynuyor. Op-amp'i anlamak, toplama amplifikatörünün davranışını belirleyecektir. Bir op-amp, diferansiyel giriş ve tek uçlu çıkış içeren yüksek kazançlı bir voltaj amplifikatörüdür. Op-amp'teki çıkış voltajı, iki giriş voltajındaki değişimle orantılıdır.
Toplama yükselticisindeki işlemsel yükselteç iki farklı modda kullanılır; gerilim takipçisi ve invertör modu.
- Gerilim takipçisi modunda, op-amp çıkış gerilimi, işlemsel yükselteci esas olarak sinyal tamponlama için ideal hale getirmek üzere giriş gerilimini yeniden üretir.
- İnvertör modunda, op-amp çıkış voltajı yükseltilebilir ve giriş voltajına çevrilebilir.
Toplama amplifikatörünün işleyişi son derece Op Amp konfigürasyonuna bağlıdır. Böylece işlemsel yükselticinin toplama yükselticisindeki çalışması, toplama yükselticisine sağlanan giriş voltajlarının hassas, güçlendirilmiş ve potansiyel olarak ters çevrilmiş hesaplamasını sağlar.
Toplama Amplifikatörü Çalışmasını Tersine Çevirme
Bu ters çeviren toplama amplifikatörü, i/p sinyali için amplifikatörün o/p sinyalinin polaritesini (veya) fazını ters çevirerek çalışır. Böylece, bu amplifikatörün giriş sinyali evirici girişe verilir ve evirici olmayan giriş toprak terminaline verilir. Üretilebilen güçlendirilmiş çıkış sinyali her zaman girişle 180° faz dışıdır. Bu amplifikatörün pozitif girişi negatif çıkış verir ve bunun tersi de geçerlidir. Bu amplifikatörün kazancı, geri besleme direnci ve giriş direnci değerleri seçilerek kontrol edilebilir. Bir toplama amplifikatörü çıkışını ters çevirme voltaj şu şekilde ifade edilebilir:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
ters toplama amplifikatörünün kazancı Kazanç (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Burada, op-amp toplama amplifikatörünün, Ters Çevirmeyen konfigürasyon aracılığıyla da tasarlanabileceğini not etmek önemlidir. Ancak Ters Çeviren ve Ters Çevirmeyen toplama amplifikatörü arasındaki en büyük fark, giriş iç direnç . Ters Çeviren Toplama Yükselteci, geri besleme ağı nedeniyle Ters Çevirmeyen Toplama Yükselteciyle karşılaştırıldığında daha az giriş empedansına sahiptir. Böylece bu yükselticinin giriş sinyalleri, op-amp'e bağlı dirençlere göre yükseltilebilir ve yükseltilmiş giriş sinyallerinin toplamı ters çevrilerek op-amp'te görüntülenebilir.
Toplama Amplifikatörü Devresini Ters Çevirme
Tersine çeviren toplama amplifikatörü, ters çeviren amplifikatör tasarımının kapsamlı bir versiyonudur; bu, evirici olmayan terminal GND'ye bağlıyken op-amp'in evirici terminaline birkaç giriş sağlandığı anlamına gelir. Tersine çeviren toplama amplifikatörü devresi aşağıda gösterilmiştir. Bu devre, amplifikatörün evirici giriş terminaline bağlı birkaç giriş voltajına sahiptir ve çıkış, uygulanan tüm giriş voltajlarının tersine çevrilmiş miktarı olacaktır.
Yukarıdaki devrede, Ters Çevirmeyen terminal GND'ye bağlandığında, Ters Çeviren terminal sanal GND'dedir. Böylece evirici giriş düğümü esas olarak i/p akımlarının toplanması için ideal bir düğüm haline gelecektir.
Toplama Yükselteci Denklemini Ters Çevirme
Op-amp kullanan ters çevirici toplama amplifikatörü aşağıda gösterilmiştir. Bu devrede eklenen tüm giriş sinyalleri evirici giriş terminaline verilebilir. Yani iki girişli devre
Yukarıdaki devrede, evirmeyen terminal veya B noktası topraklanmıştır, sanal GND konsepti nedeniyle A düğümü de sanal GND potansiyelinde olabilir.
VA = VB = 0 —— (I)
Bu devrenin giriş tarafından;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
A düğümünde uygulama ve op-amp girişindeki akım sıfırdır.
ben = I1 + I2—— (iv)
Amplifikatörün çıkışından,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
iv'deki ii, iii denklemlerini değiştirin.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Eğer üç R1, R2 ve Rf direnci eşitse R1= R2 = Rf olur, dolayısıyla yukarıdaki denklem şu şekilde olur;
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
R1, R2 ve Rf'yi uygun şekilde seçerek aşağıdaki gibi giriş sinyallerinin ağırlıklı toplamını elde edebiliriz; Vi denklemiyle gösterilen aV1 + bV2. Aslında bu şekilde 'n' giriş voltajı eklenir.
Bu nedenle çıkış geriliminin büyüklüğü giriş gerilimlerinin miktarı kadardır ve dolayısıyla bu devre toplayıcı veya yaz devresi olarak bilinir. Çıkışta, toplamın negatif göstergesi nedeniyle, ters çeviren toplama yükselteci olarak bilinir.
Tersine Çeviren Toplama Yükselteci Transfer Fonksiyonu Nasıl Türetilir
Bu amplifikatör giriş sinyallerini ekler ve çıkışı tersine çevirir. Bu amplifikatördeki giriş sinyalleri kazançlarıyla birlikte eklenir. Aşağıdaki devre, iki giriş içeren evirici toplama amplifikatörünü göstermektedir. Bu amplifikatörün transfer fonksiyonu aşağıda gösterilmiştir.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Kullanmak süperpozisyon teoremi , aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi V2 girişini sıfır yaparak başlayalım. Burada asıl nokta, op-amp'in evirici girişindeki voltaj seviyesinin sıfır volt olduğunu anlamaktır çünkü evirici olmayan giriş GND'ye bağlıdır.
Bu operasyonel amplifikatör, o/p seviyesini, evirici girişini evirici olmayan girişe benzer bir aralığa getirecek bir voltaja ayarlayacaktır. Bunun nedeni, bu op-amp'in 100.000 gibi çok yüksek diferansiyel kazancıdır. Eğer o/p birkaç volt (5V) ise, işlemsel yükselticinin girişindeki diferansiyel voltajın
Vd = 5V/100.000 = 50uV.
Çevirici ve çevirici olmayan giriş, op-amp'in girişleri arasında birkaç mikrovolt ile benzer bir potansiyelde kabul edilir. Evirici girişteki sanal GND, 'Rf' geri besleme direncindeki voltaj düşüşünün belirlenmesine yardımcı olur. Evirici giriş 0V olduğundan, Rf'nin üzerindeki voltaj düşüşü Vout'a benzer. Böylece Rf boyunca akım, If;
Eğer = Vout/Rf
R1 direnci boyunca akımın akışı 'I1' akımıdır ve aşağıdaki denklem gibi yazılabilir.
I1=V1/R1
Operasyonel Yükselteç İdealdir
İşlemsel yükselteç ideal kabul edilebilir, bu nedenle giriş öngerilim akımı 'Ib' sıfıra çok yakındır. Ayrıca 'R2' direncinin tek bacağı GND'ye, diğer bacağı ise sanal bir GND düğümüne bağlıdır. 'R2' direnci boyunca akımın akışı sıfıra çok yakındır. Burada Kirchoff akım yasası bir düğümdeki tüm akımların toplamının sıfır olduğunu söylüyor, dolayısıyla şunu yazabiliriz:
Eğer + I1 + I2 + Ib = 0 ise
'If' ve I1'i değiştirdikten sonra,
Vout/Rf = -V1/R1 veya -V1 (Rf/R1)
Yukarıdaki denklem, ters çevirici bir konfigürasyondaki op amp transfer fonksiyonuna benzer. İ/p'sinde V1'i içeren amplifikatör, 'R2' boyunca akım akışı sıfır olduğundan normal bir invertördür.
Aşağıdaki süperpozisyon teoremi koşullarında 'V2'yi saklıyoruz ve 'V1'i sıfırlıyoruz. 'V1' ile ilgili aşağıdaki benzer fikirler, giriş amplifikatöründe sadece 'V2' olduğunda Vout2 o/p voltajı;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Aktarım İşlevi:
İki o/p voltajının eklenmesiyle, evirici toplama amplifikatörünün T.F'si
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Bu amplifikatörün 'n' giriş sinyaliyle transfer fonksiyonu
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Örnek 1:
Ters toplama amplifikatörü için dirençlerin değerlerinin Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms olduğunu varsayalım. Bu amplifikatörün giriş ses sinyalleri 'Vinput1 = 1V ve Vinput2 = 2V'dir, dolayısıyla bu amplifikatör için Vout'u hesaplayın.
Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms olduğunu biliyoruz.
Vingiriş1 = 1V ve Vingiriş2 = 2V
Bu değerleri toplama yükselteci denkleminde yerine koyarsak;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
Çıkış voltajı, direnç değerleri ayarlandıktan sonra giriş sinyallerinin güçlendirilmiş ve toplamı olan -30Volt'tur. Bir amplifikatörün çıkışını aşağıdaki gibi farklı faktörler değiştirir: bant genişliği ürünü, voltaj kaynağı ve yükleme efektleri kazanın. Bununla birlikte, yukarıdaki toplama amplifikatörü örneği, bu amplifikatörü çalıştıran bileşenlerin temel aritmetiği ve etkileşimi hakkında fikir verir. Sinyallerin toplanması ve güçlendirilmesi süreci, çeşitli sinyalleri ortaklaşa içerecek şekilde ölçeklendirilebilir.
Örnek2:
Bu amplifikatörü üç ses sinyali çalıştırırsa, aşağıdaki toplama amplifikatör devresinin çıkış voltajı ne olacaktır?
Yukarıdaki devredeki her kanal için kapalı çevrim gerilim kazanımları şu şekilde ölçülebilir:
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 Kilo Ohm / 20 Kilo Ohm) => – 5 Kilo Ohm.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 Kilo Ohm / 10 Kilo Ohm) => ACL2 = – 10 Kilo Ohm.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 Kilo Ohm / 50 Kilo Ohm) => ACL3 = – 2 Kilo Ohm.
Bu toplama yükseltecinin o/p voltajı şu şekilde verilebilir;
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVolt) + (10 * 200 mVolt) + (2 * 300 mVolt)]
= – (0,5 Volt + 2 Volt + 0,6 Volt) => – 3,1 Volt.
Avantajlar dezavantajlar
Toplama amplifikatörünü ters çevirmenin avantajları aşağıdakileri ekleyin.
- Bu amplifikatördeki toplama noktası neredeyse toprak potansiyelindedir ve bu nedenle ayarlar ve her farklı kanaldan gelen sinyaller birbirini etkilemez. Bunun gibi, her kanal sinyal seviyesinden vb. ayrı olarak karıştırılır veya toplanır.
- Bu amplifikatör, ses uzmanlarının farklı kanallardan gelen sinyalleri birleştirmesine ve bunları tek bir parça halinde yeniden üretmesine olanak tanır. Her bir ses girişi, çıkışı etkilemeden ayrı ayrı yapılandırılır.
Bu tür amplifikatör, düğümdeki sanal GND'si nedeniyle bireysel girişler ve çıkışlar arasında izolasyon sağlar.
bir toplama amplifikatörünü ters çevirmenin dezavantajları aşağıdakileri ekleyin.
- Tersine çeviren toplama amplifikatörünün ana dezavantajı, amplifikatörle karşılaştırıldığında oldukça düşük bir kazanca sahip olmasıdır. ters çevirmeyen tip .
- Bu amplifikatör gürültüye duyarlı olduğundan S/N oranını düşürür ve çıkış sinyalinin hassasiyetini azaltır.
- Giriş sayısı arttığında bu amplifikatörün hesaplanması karmaşık hale gelir.
- Bu amplifikatördeki toplamın ters çevrilmesi bazı durumlarda istenmeyebilir.
Uygulamalar
toplama amplifikatörü uygulamalarını tersine çevirme aşağıdakileri ekleyin.
- Toplama amplifikatörünün ters çevrilmesi, amplifikatörün o/p sinyalinin polarite (veya) fazının giriş sinyaliyle ters çevrilmesine yardımcı olur.
- Bu, giriş sinyallerinin çıkışta toplanıp ters çevrildiği çok özel bir amplifikatör konfigürasyonudur.
- Bu tip toplama amplifikatörü sinyalleri eklemek için kullanılır.
- Bu amplifikatör, ses mikserinde eşdeğer kazanımlara sahip farklı sinyallerin eklenmesi için kullanılır.
- Bu toplama amplifikatörü, bir AC sinyal voltajı aracılığıyla bir DC ofset voltajı uygulamak için kullanılır.
- Ayrıca, iki voltajın değişimine eşdeğer bir o/p voltajı sağlayarak çıkarıcı olarak da çalışabilir.
Bu nedenle, bu, bir evirici amplifikatöre, devrelere, çalışmaya, türetmeye, avantajlara, dezavantajlara ve uygulamalara genel bir bakıştır. Bu amplifikatörün ana işlevi, o/p sinyalinin fazını çevirmektir. Bunlar amplifikatörler düşük çıkış empedansına, yüksek giriş empedansına ve her giriş sinyalinin kazancını karşılayacak şekilde kolayca ayarlanabilen çok esnek devre değerlerine sahiptir.
Toplama işlemindeki işlemsel yükselteç amplifikatör devresi belirler davranışı. Bu amplifikatördeki op-amp, voltaj takipçisi veya invertör modunda çalışır. Bu amplifikatörün denklemi, devre içindeki dirençlerin yanı sıra giriş voltajlarına göre olan o/p voltajını da gösterir. Bu toplama yükselteçleri aşağıdaki gibi farklı pratik uygulamalarda kullanılır; Farklı giriş sinyallerinin tek bir çıkışta birleştirildiği ses mikserleri. İşte size bir soru: Ters çevirmeyen toplama yükselteci nedir?
