Аналоговые преобразователи электрических сигналов

Сумматоры напряжений на операционном усилителе

Сумматором называется устройство, выходное напряжение которого равно сумме входных напряжений с заданными коэффициентами.

Инвертирующий сумматор.

На рис. 10.80 приведена схема трехвходового инвертирующего сумматора на ОУ. Входные напряжения цвх1, ивх2 и ивхз подаются через резисторы R1… R3 на инвертирующий вход ОУ, поэтому сумматор называется инвертирующим. С помощью резистора R4 в сумматореосуществляется ООС. Неинвертирующий вход через резистор R5, который используется в практических схемах, соединен с общим проводом.

Рис. 10.80. Схема инвертирующего сумматора на ОУ.

На основании свойств идеального ОУ и законов Кирхгофа выведем выражение для выходного напряжения инвертирующего сумматора на ОУ.

Для схемы рис. 10.80 потенциал узла А относительно общего провода равен нулю ср_л = 0 (см. инвертирующий усилитель на ОУ). Схема распалась на четыре независимых контура — три входных и выходной.

Составляем два уравнения по второму закону Кирхгофа для трех входных и выходного контуров и одно уравнение по первому закону Кирхгофа для узла А. В результате получаем следующую систему из трех уравнений:

В пятом уравнении i_BXl = 0, так как у идеального ОУ R_BX = °о. В результате решения системы (10.28) имеем:

Таким образом, если считать ОУ идеальным, то п_вых не зависит от параметров самого ОУ, а зависит только от параметров внешних цепей, т. е. от R1… R4. В формуле (10.30) знак «минус» показывает, что сумматор инвертирующий.

Таким образом, выходное напряжение сумматора равно сумме входных напряжений с заданными коэффициентами. Коэффициенты К_ь К₂ и К₃ являются коэффициентами усиления по соответствующим входам.

Резистор R5 используется в практических схемах с целью компенсации отрицательного влияния входных токов. В соответствии с (10.23) сопротивление резистора R5 рассчитывается из выражения:

откуда определяется R5:

Ненвертирукнций сумматор.

На рис. 10.81 приведена схема трехвходового неинвертирующего сумматора на ОУ. Входные напряжения ивхъ ивх2 и ивхз подаются через резисторы R1… R3 на неинвертирующий вход ОУ, поэтому сумматор называется неинвертирующим. Инвертирующий вход через резистор R4 соединен с общим проводом. С помощью резистора R5 в сумматоре осуществляется ООС. Резистор R6 является расчетным, а также участвует в балансировке схемы в практических схемах.

Для напряжения и₆ схема представляет собой неинвертирующий усилитель, выходное напряжение которого определяется по формуле (10.28):

Определяем напряжение и₆ методом двух узлов:

Рис. 10.81. Схема неинвертирующего сумматора на ОУ.

Подставляя (10.32) в (10.31), получаем:

Из выражения (10.23) для сбалансированной схемы следует:

Для упрощения выражения для п_вых обычно принимают R5 = R6. Тогда имеем:

Из выражения (10.34) определяется сопротивление резистора R4: Подставляя 1/R4 из (10.34) в (10.33), получаем:

После упрощения формулы (10.35), получаем:

Таким образом, выходное напряжение сумматора равно сумме входных напряжений с заданными коэффициентами. Коэффициенты К_ь К₂ и К₃ являются коэффициентами усиления по соответствующим входам.