L'une des principales applications de l'ampli-op est la amplificateur sommateur ou un additionneur. Lorsque l'impédance d'entrée de l'ampli opérationnel est énorme, un signal d'entrée supérieur est fourni à l'amplificateur inverseur pour ajouter le signal donné à la sortie, appelé amplificateur sommateur. Il s'agit d'un circuit amplificateur opérationnel dans lequel différents signaux d'entrée de tension sont ajoutés au amplificateur inverseur en une seule tension de sortie. Ainsi, ce circuit est classé en deux types en fonction du signe de la sortie ; amplificateur sommateur inverseur et amplificateur sommateur non inverseur. Cet article fournit de brèves informations sur un amplificateur sommateur inverseur , son fonctionnement et ses applications.
Qu’est-ce que l’amplificateur sommateur inverseur ?
Un amplificateur sommateur inverseur est l'une des principales configurations d'ampli opérationnel où les signaux d'entrée sont additionnés et inversés à la sortie. Cet amplificateur inverse la phase ou la polarité du signal de sortie par rapport au signal d'entrée. Dans cette configuration d'amplificateur, l'entrée inverseuse de l'ampli-op obtient la tension d'entrée et l'entrée non inverseuse est connectée à GND. Ainsi, le gain de cet amplificateur peut être contrôlé via le choix des valeurs de la résistance de rétroaction et de la résistance d'entrée.
Rôle de l'ampli-op dans l'amplificateur sommateur :
Dans le circuit amplificateur sommateur, l'ampli-op ou amplificateur opérationnel joue un rôle clé. Comprendre l'ampli-op déterminera le comportement de l'amplificateur sommateur. Un ampli-op est un amplificateur de tension à gain élevé comprenant une entrée différentielle et une sortie asymétrique. La tension de sortie de l'ampli-op est proportionnelle à la variation entre les deux tensions d'entrée.
L'amplificateur opérationnel d'un amplificateur sommateur est utilisé dans deux modes différents ; mode suiveur de tension et onduleur.
- En mode suiveur de tension, la tension de sortie de l'ampli-op reproduit la tension d'entrée pour rendre l'amplificateur opérationnel idéal principalement pour la mise en mémoire tampon du signal.
- En mode Onduleur, la tension de sortie de l'ampli-op peut être amplifiée et inversée en tension d'entrée.
Le fonctionnement de l'amplificateur sommateur dépend extrêmement de la configuration de l'ampli opérationnel. Ainsi, le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel dans l'amplificateur sommateur permet un calcul précis, amplifié et potentiellement inversé des tensions d'entrée fournies à l'amplificateur sommateur.
Fonctionnement de l'amplificateur sommateur inverseur
Cet amplificateur sommateur inverseur fonctionne en inversant la polarité (ou) la phase du signal o/p de l'amplificateur pour le signal i/p. Ainsi, le signal d'entrée de cet amplificateur est transmis à l'entrée inverseuse et l'entrée non inverseuse est transmise à la borne de terre. Le signal de sortie amplifié qui peut être généré est toujours déphasé de 180° par rapport à l'entrée. Une entrée positive de cet amplificateur donne une sortie négative et vice versa. Le gain de cet amplificateur peut être contrôlé en sélectionnant les valeurs de la résistance de rétroaction et de la résistance d'entrée. Un sortie d'amplificateur sommateur inverseur la tension peut être exprimée comme suit :
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
Le gain de l'amplificateur sommateur inverseur est Gain (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Ici, il est important de noter que l'amplificateur sommateur d'ampli-op peut également être conçu via la configuration non inverseuse. Mais la distinction majeure entre l'amplificateur sommateur inverseur et non inverseur est l'entrée impédance . Un amplificateur sommateur inverseur a moins d'impédance d'entrée qu'un amplificateur sommateur non inverseur en raison du réseau de rétroaction. Ainsi, les signaux d'entrée de cet amplificateur peuvent être amplifiés en fonction des résistances connectées à l'ampli-op et la somme des signaux d'entrée amplifiés peut être inversée et apparaître sur l'ampli-op.
Circuit amplificateur sommateur inverseur
L'amplificateur sommateur inverseur est une version étendue de la conception de l'amplificateur inverseur, ce qui signifie que plusieurs entrées sont fournies à la borne inverseuse de l'amplificateur opérationnel tandis que la borne non inverseuse est connectée à GND. Le circuit amplificateur sommateur inverseur est illustré ci-dessous. Ce circuit a plusieurs tensions d'entrée qui sont connectées à la borne d'entrée inverseuse de l'amplificateur et la sortie sera la quantité de toutes les tensions d'entrée appliquées mais inversées.
Dans le circuit ci-dessus, lorsque le terminal non inverseur est connecté à GND, le terminal inverseur est à GND virtuel. Ainsi, le nœud d’entrée inverseur deviendra un nœud idéal principalement pour additionner les courants i/p.
Inversion de l'équation de l'amplificateur sommateur
L'amplificateur sommateur inverseur utilisant un ampli opérationnel est illustré ci-dessous. Dans ce circuit, tous les signaux d'entrée ajoutés peuvent être transmis à la borne d'entrée inverseuse. Donc, le circuit à deux entrées
Dans le circuit ci-dessus, la borne non inverseuse ou point B est mise à la terre, en raison du concept GND virtuel, le nœud A peut également être au potentiel GND virtuel.
VA = VB = 0 —— (I)
Du côté entrée de ce circuit ;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
L'application au nœud A et le courant à l'ampli-op d'entrée sont nuls.
Je = I1 + I2—— (iv)
Depuis la sortie de l'amplificateur,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Remplacez les équations ii, iii dans iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2.
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2).
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Si les trois résistances R1, R2 et Rf sont égales alors R1= R2 = Rf, donc l'équation ci-dessus deviendra :
Vo = – (V1 + V2)………(Vi)
En sélectionnant correctement R1, R2 et Rf, nous pouvons obtenir une addition pondérée des signaux d'entrée tels que : aV1 + bV2 qui est indiqué par l'équation Vi. En fait, de cette manière, « n » tensions d’entrée sont ajoutées.
Par conséquent, l’amplitude de la tension de sortie correspond à la quantité des tensions d’entrée et ce circuit est donc connu sous le nom de circuit additionneur ou sommateur. En sortie, en raison de l'indication négative de la somme, on parle d'amplificateur sommateur inverseur.
Comment dériver la fonction de transfert de l'amplificateur sommateur inverseur
Cet amplificateur ajoute les signaux d'entrée et inverse la sortie. Les signaux d'entrée de cet amplificateur sont additionnés avec leur gain. Le circuit suivant montre l'amplificateur sommateur inverseur comprenant deux entrées. La fonction de transfert de cet amplificateur est illustrée ci-dessous.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
En utilisant le théorème de superposition , commençons par mettre l’entrée V2 à zéro comme indiqué dans la figure suivante. Ici, le point principal est de comprendre que le niveau de tension à l'entrée inverseuse de l'ampli-op est de zéro volt car l'entrée non inverseuse est connectée à GND.
Cet amplificateur opérationnel réglera le niveau o/p à une tension qui amène son entrée inverseuse à une plage similaire à celle de l'entrée non inverseuse. Cela est donc dû au gain différentiel très élevé de cet ampli-op, comme 100 000. Si la sortie est de quelques volts (5 V), la tension différentielle à l'entrée de l'amplificateur opérationnel doit être
Vd = 5 V/100 000 = 50 µV.
L'entrée inverseuse et non inverseuse est considérée à un potentiel similaire avec quelques microvolts entre les entrées de l'ampli opérationnel. Le GND virtuel dans l'entrée inverseuse aide à déterminer la chute de tension sur la résistance de rétroaction « Rf ». Puisque l'entrée inverseuse est à 0 V, la chute de tension au-dessus de Rf est similaire à Vout. Ainsi, le courant dans Rf, If peut s'écrire :
Si = Vout/Rf
Le flux de courant à travers la résistance R1 est le courant « I1 » et peut s'écrire comme l'équation suivante.
I1=V1/R1
L'amplificateur opérationnel est idéal
L'amplificateur opérationnel peut être considéré comme idéal, de sorte que le courant de polarisation d'entrée « Ib » est très proche de zéro. De plus, la résistance « R2 » est connectée avec une seule branche à GND tandis que l'autre branche est connectée à un nœud GND virtuel. Le flux de courant dans la résistance « R2 » est très proche de zéro. Ici, la loi actuelle de Kirchoff dit que la somme de tous les courants au sein d'un nœud est nulle, nous pouvons donc écrire cela :
Si + I1 + I2 + Ib = 0
Après avoir remplacé 'If' & I1,
Vout/Rf = -V1/R1 ou -V1 (Rf/R1)
L'équation ci-dessus ressemble à la fonction de transfert de l'ampli opérationnel dans une configuration inversée. L'amplificateur incluant V1 dans son i/p est un onduleur ordinaire puisque le flux de courant dans « R2 » est nul.
Dans les conditions suivantes du théorème de superposition, nous stockons « V2 » et rendons « V1 » nul. Les idées similaires suivantes concernant « V1 », la tension o/p Vout2 lorsqu'il n'y a que « V2 » dans l'amplificateur d'entrée est :
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Fonction de transfert:
En ajoutant les deux tensions o/p, le T.F de l'amplificateur sommateur inverseur
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
La fonction de transfert de cet amplificateur avec 'n' signaux d'entrée est
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Exemple 1:
Supposons les valeurs des résistances pour l'amplificateur sommateur inverseur Rf = 100 KOhms, R1 = 10 KOhms et R2 = 10 KOhms. Les signaux audio d'entrée de cet amplificateur sont 'Vinput1 = 1V et Vinput2 = 2V, calculez donc Vout pour cet amplificateur.
Nous savons que Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms.
Entrée Vin1 = 1 V et Entrée Vin2 = 2 V
Si nous substituons ces valeurs dans l’équation de l’amplificateur sommateur, nous pouvons obtenir :
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
La tension de sortie est de -30 Volts, ce qui est une somme amplifiée et cumulée des signaux d'entrée après ajustement des valeurs de résistance. Différents facteurs modifient la sortie d'un amplificateur comme : Gain de produit de bande passante, d'alimentation en tension et d'effets de charge. Cependant, l'exemple ci-dessus d'un amplificateur sommateur donne un aperçu de l'arithmétique fondamentale et de l'interaction des composants qui pilotent cet amplificateur. Le processus de sommation et d’amplification des signaux peut être étendu pour inclure divers signaux conjointement.
Exemple 2 :
Quelle sera la tension de sortie du circuit amplificateur sommateur suivant si trois signaux audio pilotent cet amplificateur ?
Pour chaque canal du circuit ci-dessus, les gains de tension en boucle fermée peuvent être mesurés comme suit :
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 kilos Ohms / 20 kilos Ohms) => – 5 kilos Ohms.
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 kilos Ohms / 10 kilos Ohms) => ACL2 = – 10 kilos Ohms.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 kilos Ohms / 50 kilos Ohms) => ACL3 = – 2 kilos Ohms.
La tension o/p pour cet amplificateur sommateur peut être donnée comme suit :
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVolts) + (10 * 200 mVolts) + (2 * 300 mVolts)]
= – (0,5 Volts + 2 Volts + 0,6 Volts) => – 3,1 Volts.
Avantages désavantages
Le avantages de l'inversion d'un amplificateur sommateur inclure les éléments suivants.
- Le point de sommation dans cet amplificateur est pratiquement au potentiel de la terre et donc les réglages ainsi que les signaux de chaque canal différent ne s'influencent pas les uns les autres. De cette façon, chaque canal est mixé ou additionné en dehors du niveau du signal, etc.
- Cet amplificateur permet aux experts en audio de fusionner les signaux de différents canaux et de les reproduire sur une seule piste. Chaque entrée audio est configurée séparément sans perturber la sortie.
Ce type d'amplificateur offre une isolation entre les entrées et sorties individuelles en raison de son GND virtuel au niveau du nœud.
Le inconvénients de l'inversion d'un amplificateur sommateur inclure les éléments suivants.
- Le principal inconvénient d'un amplificateur sommateur inverseur est qu'il a un gain assez faible par rapport à l'amplificateur sommateur inverseur. type non inverseur .
- Cet amplificateur est sensible au bruit, il dégrade donc le rapport S/B et diminue la précision du signal de sortie.
- Le calcul de cet amplificateur devient complexe lorsque le nombre d'entrées augmente.
- L'inversion de la somme dans cet amplificateur pourrait ne pas être souhaitable dans certains cas.
Applications
Le applications d'amplificateur sommateur inverseur inclure les éléments suivants.
- L'inversion de l'amplificateur sommateur aide à inverser la polarité (ou) la phase du signal o/p de l'amplificateur avec le signal d'entrée.
- Il s'agit d'une configuration d'amplificateur très spécialisée où les signaux d'entrée sont additionnés et inversés à la sortie.
- Ce type d'amplificateur sommateur est utilisé pour additionner les signaux.
- Cet amplificateur est utilisé pour ajouter différents signaux avec des gains équivalents dans le mixeur audio.
- Cet amplificateur sommateur est utilisé pour appliquer une tension de décalage CC via une tension de signal CA.
- Il peut également fonctionner comme soustracteur en fournissant simplement une tension o/p équivalente à la variation de deux tensions.
Il s'agit donc d'un aperçu d'un amplificateur inverseur, des circuits, du fonctionnement, de la dérivation, des avantages, des inconvénients et des applications. La fonction principale de cet amplificateur est d'inverser la phase du signal o/p. Ces amplificateurs ont une faible impédance de sortie, une impédance d'entrée élevée et des valeurs de circuit très flexibles qui peuvent être facilement ajustées pour gérer le gain de chaque signal d'entrée.
L'amplificateur opérationnel dans le sommateur le circuit amplificateur détermine son comportement. L'ampli-op de cet amplificateur fonctionne en mode suiveur de tension ou onduleur. L'équation de cet amplificateur indique simplement la tension o/p qui est relative aux tensions d'entrée ainsi qu'aux résistances du circuit. Ces amplificateurs sommateurs sont utilisés dans différentes applications pratiques telles que : mélangeurs audio, partout où différents signaux d'entrée sont fusionnés en une seule sortie. Voici une question pour vous : qu'est-ce qu'un amplificateur sommateur non inverseur ?
