Amplificador operacional Adder

El concepto de "op-amp virtual earth" es muy importante para entender por qué se utiliza el op-amp como un circuito de mezcla / adición: -

HerobadolaimagendelOPylahemarcadoenrojodondeestálatierravirtual.Cualquiercosadirectamenteconectadaalaentradasellama"tierra virtual". OK, eso no explica por qué, así que aquí va ... Si el voltaje en la entrada + es 0V (también conocido como tierra o tierra), entonces el voltaje en la entrada HAS también será 0V.

Puede parecer extraño decir esto hasta que piense en el modelo general de un amplificador operacional: tiene una ganancia infinita (o al menos una ganancia muy alta) y, si la diferencia de voltaje entre las dos entradas era medible, entonces la salida del OP-AMP se detendría por fin contra uno de los rieles de alimentación.

Pero, esto no sucede debido al proceso de retroalimentación negativa: el OP-AMP produce un voltaje en su salida que es el correcto (valor de oro) para hacer que el voltaje de entrada (a través de Rf) sea exactamente el mismo que + entrada. Esto se llama retroalimentación negativa.

Entonces, ¿cómo ayuda esto al mezclador? significa que todas las entradas (V1 a V4) están conectadas a resistencias que parecen ir directamente a 0 V; esto significa que la corriente a través de cada resistencia de entrada NO depende de las otras entradas y sus corrientes: todas parecen ir a tierra o tierra o 0V.

Esto significa que es un verdadero mezclador.

La razón por la que se utiliza el opamp es que mantiene el nodo sumador (el que está conectado a la entrada inversora) en "tierra virtual". Esto permite que las corrientes de entrada (que fluyen a través de R1 ... R4) sean completamente independientes entre sí, creando una verdadera suma aritmética.

  

¿Por qué no puedo agregar voltaje sin opamp?

Puedes !

Retire el op-amp y la resistencia de realimentación. El voltaje en el nodo que conecta las cuatro resistencias es, por división de voltaje y superposición,

$$ V_ {suma} = V_1 \ frac {R_2 || R_3 || R_4} {R_1 + R_2 || R_3 || R_4} + V_2 \ frac {R_1 || R_3 || R_4} {R_2 + R_1 || R_3 || R_4} + V_3 \ frac {R_1 || R_2 || R_4} {R_3 + R_1 || R_2 || R_4} + V_4 \ frac {R_1 || R_2 || R_3} {R_4 + R_1 || R_2 || R_3} $$

Pero tenga en cuenta que este resultado supone un circuito abierto efectivo para la carga de nuestro circuito sumador de voltaje de solo resistencia. Asumiendo que no podemos ignorar la resistencia de carga, el resultado se convierte en

$$ V_ {suma} = V_1 \ frac {R_2 || R_3 || R_4 || R_L} {R_1 + R_2 || R_3 || R_4 || R_L} + V_2 \ frac {R_1 || R_3 || R_4 || R_L} {R_2 + R_1 || R_3 || R_4 || R_L} + V_3 \ frac {R_1 || R_2 || R_4 || R_L} {R_3 + R_1 || R_2 || R_4 || R_L} + V_4 \ frac {R_1 || R_2 || R_3 || R_L} {R_4 + R_1 || R_2 || R_3 || R_L} $$

Ahora, con el op-amp ideal y la resistencia de realimentación, tenemos, independientemente de la resistencia de carga ,

$$ V_ {OUT} = -R_F (\ frac {V_1} {R_1} + \ frac {V_2} {R_2} + \ frac {V_3} {R_3} + \ frac {V_4} {R_4}) $ $

Entonces, permítame darle la vuelta a su pregunta: ¿por qué desea agregar voltaje sin opamp ?

Hablando estrictamente , el circuito que proporcionó no es un sumador debido a dos razones:

1) La salida en su circuito es de la polaridad opuesta a las entradas. Por lo tanto, debe agregarse un inversor.
2) Para que el circuito sea un sumador, los valores de R1, R2, R3 y R4 (e idealmente Rf) deben ser los mismos.

Consulte la versión modificada del sumador a continuación con las fórmulas que explican la operación:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

$$ {i_1} = {{{V_1}} \ sobre R}, {i_2} = {{{V_2}} \ sobre R}, {i_3} = {{{V_3}} \ sobre R} $$

$$ I = {i_1} + {i_2} + {i_3} $$

$$ 0 - {V_ {out, i}} = I \ times R $$ $$ {V_ {out, i}} = - I \ veces R = - ({i_1} + {i_2} + {i_3}) \ veces R = - ({V_1} + {V_2} + {V_3}) $ $

Entonces, la salida del primer amplificador operacional es una suma invertida de las entradas, no exactamente lo que necesitamos.

Agregando un amplificador más con ganancia de -1 y aplicando la fórmula para la ganancia, obtenemos un sumador:

$$ {A_v} = {{{V_ {out}}} \ over {{V_ {out, i}}}} = - {r \ over r} = - 1, {\ rm {}} { V_ {out}} = - {V_ {out, i}} $$ $$ {V_ {out}} = {V_1} + {V_2} + {V_3} $$