オペアンプの主な用途の 1 つは、 サミングアンプ または加算器。オペアンプの入力インピーダンスが大きい場合、上記の 1 つの入力信号が反転アンプに供給され、出力に指定された信号が加算されます。これは加算アンプと呼ばれます。これは、異なる電圧の入力信号が追加されるオペアンプ回路です。 反転アンプ 単一の出力電圧に変換されます。したがって、この回路は出力の符号に基づいて 2 つのタイプに分類されます。反転加算アンプと非反転加算アンプ。この記事では、 反転加算アンプ 、その動作、およびそのアプリケーション。
反転加算アンプとは何ですか?
反転加算アンプは、入力信号が加算され、出力で反転される主要なオペアンプ構成の 1 つです。このアンプは、入力信号と比較して出力信号の位相または極性を反転します。このアンプ構成では、オペアンプの反転入力が入力電圧を取得し、非反転入力が GND に接続されます。したがって、このアンプのゲインは、帰還抵抗と入力抵抗の値を選択することで制御できます。
サミングアンプにおけるオペアンプの役割:
加算増幅回路では、オペアンプまたは オペアンプ 重要な役割を果たします。オペアンプを理解することで、加算アンプの動作が決まります。オペアンプは、差動入力とシングルエンド出力を備えた高ゲイン電圧アンプです。オペアンプの出力電圧は、2 つの入力電圧内の変動に比例します。
加算アンプのオペアンプは 2 つの異なるモードで使用されます。ボルテージフォロワおよびインバータモード。
- ボルテージフォロワモードでは、オペアンプの出力電圧が入力電圧を再現するため、オペアンプは主に信号バッファリングに最適です。
- インバータモードでは、オペアンプの出力電圧を増幅して入力電圧に反転できます。
加算アンプの機能は、オペアンプの構成に大きく依存します。したがって、加算アンプ内のオペアンプの動作により、加算アンプに供給される入力電圧が正確に増幅され、場合によっては反転計算されます。
反転加算アンプの動作
この反転加算アンプは、i/p 信号に対するアンプの o/p 信号の極性 (または) 位相を反転することによって機能します。したがって、このアンプの入力信号は反転入力に与えられ、非反転入力はグランド端子に与えられます。生成できる増幅された出力信号は、入力に対して常に 180° 位相がずれています。このアンプの正入力は負出力を生成し、その逆も同様です。このアンプのゲインは、帰還抵抗と入力抵抗の値を選択することで制御できます。アン 反転加算アンプ出力 電圧は次のように表すことができます。
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
の 反転加算アンプのゲイン はゲイン (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
ここで、オペアンプ加算アンプは非反転構成でも設計できることに注意することが重要です。しかし、反転加算アンプと非反転加算アンプの主な違いは入力です。 インピーダンス 。反転加算アンプは、フィードバックネットワークのため、非反転加算アンプと比較して入力インピーダンスが低くなります。したがって、このアンプの入力信号は、オペアンプに接続された抵抗に基づいて増幅され、増幅された入力信号の合計が反転されてオペアンプで表示されます。
反転加算増幅回路
反転加算アンプは反転アンプ設計の拡張バージョンであり、オペアンプの反転端子に複数の入力が提供され、非反転端子は GND に接続されます。反転加算増幅回路を以下に示します。この回路には、アンプの反転入力端子に接続された複数の入力電圧があり、出力は、印加されたすべての入力電圧を反転したものとなります。
上記の回路では、非反転端子が GND に接続されている場合、反転端子は仮想 GND になります。したがって、反転入力ノードは主に i/p 電流を加算するための理想的なノードになります。
反転加算アンプの式
オペアンプを使用した反転加算アンプを以下に示します。この回路では加算された入力信号を全て反転入力端子に与えることができます。したがって、2つの入力を持つ回路
上記の回路では、非反転端子または点 B が接地されています。仮想 GND の概念により、ノード A も仮想 GND 電位になる可能性があります。
VA = VB = 0 —— (I)
この回路の入力側から;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/R2 —— (iii)
ノードAに印加すると、入力オペアンプの電流はゼロになります。
I = I1 + I2—— (iv)
アンプの出力から、
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
ii、iii の式を iv に代入します。
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/R2。
Vo = -Rf (V1/R1 + V2/R2)。
Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2)。
3 つの R1、R2、Rf の抵抗が等しい場合、R1= R2 = Rf となるため、上の方程式は次のようになります。
Vo = – (V1 + V2)…………(Vi)
R1、R2、Rf を適切に選択することで、次のような入力信号の重み付け加算を行うことができます。 aV1 + bV2 は Vi の式で示されます。実際にはこのようにして、n 個の入力電圧が加算されます。
したがって、出力電圧の大きさは入力電圧の大きさとなるため、この回路は加算器または加算器回路として知られています。出力では、合計が負の値を示すため、反転加算アンプとして知られています。
反転加算アンプの伝達関数を導出する方法
このアンプは入力信号を加算し、出力を反転します。このアンプの入力信号にはゲインが加算されます。次の回路は、2 つの入力を備えた反転加算アンプを示しています。このアンプの伝達関数を以下に示します。
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
の使用 重ね合わせ定理 , 次の図に示すように、V2 入力をゼロにすることから始めましょう。ここでの重要な点は、オペアンプの非反転入力が GND に接続されているため、オペアンプの反転入力の電圧レベルが 0 ボルトであることを理解することです。
このオペアンプは、反転入力を非反転入力と同様の範囲にする電圧に O/P レベルを設定します。これは、このオペアンプの差動ゲインが 100,000 など非常に高いためです。オペアンプが数ボルト (5V) の場合、オペアンプの入力の差動電圧は次のようにする必要があります。
Vd = 5V/100,000 = 50uV。
反転入力と非反転入力は、オペアンプの入力間で数マイクロボルトの同様の電位であると考えられます。反転入力内の仮想 GND は、「Rf」帰還抵抗での電圧降下を決定するのに役立ちます。反転入力は 0V であるため、Rf を超える電圧降下は Vout と同様になります。したがって、Rf、If に流れる電流は次のように書くことができます。
If = Vout/Rf
R1 抵抗を流れる電流は電流「I1」であり、次の式のように書くことができます。
I1=V1/R1
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オペアンプが最適
オペアンプは理想的であると考えられるため、入力バイアス電流「Ib」はゼロに非常に近くなります。さらに、抵抗「R2」は一方の脚で GND に接続され、もう一方の脚は仮想 GND ノードに接続されます。抵抗「R2」を流れる電流はゼロに非常に近くなります。ここで、キルヒホッフ電流法則は、ノード内のすべての電流の合計はゼロであると述べているため、次のように書くことができます。
+ I1 + I2 + Ib = 0 の場合
「If」と I1 を置き換えた後、
Vout/Rf = -V1/R1 または -V1 (Rf/R1)
上の方程式は、反転構成のオペアンプの伝達関数に似ています。 i/p に V1 を含むアンプは、「R2」全体に流れる電流がゼロであるため、通常のインバータです。
次の重ね合わせ定理条件では、「V2」を保存し、「V1」をゼロにします。以下の「V1」と同様の考え方は、入力アンプ内に「V2」だけがある場合の O/P 電圧 Vout2 です。
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
伝達関数：
2 つの O/P 電圧を加算することにより、反転加算アンプの T.F
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
「n」個の入力信号を備えたこのアンプの伝達関数は次のとおりです。
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
例1:
反転加算アンプの抵抗値を Rf = 100KOhms、R1=10KOhms、R2=10KOhms と仮定します。このアンプの入力オーディオ信号は「Vinput1 = 1V および Vinput2 = 2V」であるため、このアンプの Vout を計算します。
Rf = 100KOhms、R1=10KOhms、R2=10KOhms であることがわかります。
Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V
これらの値を加算アンプの式に代入すると、次のようになります。
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V。
出力電圧は-30ボルトで、抵抗値調整後の入力信号を増幅して合計したものです。さまざまな要因により、アンプの出力は次のように変化します。ゲイン帯域幅積、電圧供給および負荷の影響。ただし、上記の加算アンプの例は、このアンプを駆動する基本的な演算とコンポーネントの相互作用についての洞察を提供します。信号の加算と増幅のプロセスは、さまざまな信号を一緒に含めるようにスケールアップできます。
例2:
3 つのオーディオ信号がこのアンプを駆動する場合、次の加算アンプ回路の出力電圧はいくらになりますか?
上記の回路の各チャネルについて、閉ループ電圧ゲインは次のように測定できます。
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 キロオーム / 20 キロオーム) => – 5 キロオーム。
ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 キロオーム / 10 キロオーム) => ACL2 = – 10 キロオーム。
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 キロオーム / 50 キロオーム) => ACL3 = – 2 キロオーム。
この加算アンプの O/P 電圧は次のように与えられます。
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 ミリボルト) + (10 * 200 ミリボルト) + (2 * 300 ミリボルト)]
= – (0.5 ボルト + 2 ボルト + 0.6 ボルト) => – 3.1 ボルト。
メリットとデメリット
の 反転加算アンプの利点 以下のものが含まれます。
- このアンプの加算ポイントは事実上アース電位にあるため、設定や各異なるチャンネルからの信号は相互に影響を及ぼしません。このように、信号レベルなどとは別に、すべてのチャンネルが混合または加算されます。
- このアンプを使用すると、オーディオの専門家がさまざまなチャンネルからの信号をマージし、それらを 1 つのトラックに再生することができます。単一のオーディオ入力はそれぞれ、出力を妨げることなく個別に設定されます。
この種のアンプは、ノードに仮想 GND があるため、個々の入力と出力の間を絶縁します。
の 反転加算アンプの欠点 以下のものが含まれます。
- 反転加算アンプの主な欠点は、反転加算アンプと比較してゲインがかなり低いことです。 非反転タイプ 。
- このアンプはノイズに敏感であるため、S/N 比が低下し、出力信号の精度が低下します。
- このアンプの計算は入力数が増えると複雑になります。
- このアンプでの合計の反転は、場合によっては望ましくない場合があります。
アプリケーション
の 反転加算アンプのアプリケーション 以下のものが含まれます。
- 加算アンプを反転すると、アンプの O/P 信号の極性 (または) 位相を入力信号と反転するのに役立ちます。
- これは、入力信号が加算され、出力で反転される非常に特殊なアンプ構成です。
- このタイプの加算アンプは信号を加算するために使用されます。
- このアンプは、オーディオ ミキサーで異なる信号を同等のゲインで追加するために使用されます。
- この加算アンプは、AC 信号電圧を通じて DC オフセット電圧を適用するために利用されます。
- また、2 つの電圧の変化に相当する O/P 電圧を供給するだけで、減算器としても機能します。
以上、反転アンプの概要、回路、動作、派生、メリット、デメリット、応用についてまとめました。このアンプの主な機能は、O/P 信号の位相を反転することです。これら アンプ 低出力インピーダンス、高入力インピーダンス、および各入力信号のゲインを処理するために簡単に調整できる非常に柔軟な回路値を備えています。
加算器のオペアンプ 増幅回路が決める その振る舞い。このアンプのオペアンプはボルテージフォロワまたはインバータモードで動作します。このアンプの方程式は、入力電圧および回路内の抵抗に関連する O/P 電圧を単に示しています。これらの加算アンプは、次のようなさまざまな実用的なアプリケーションで使用されます。オーディオ ミキサー。さまざまな入力信号が単一の出力にマージされます。ここで質問がありますが、非反転加算アンプとは何ですか?
