مضخم الجمع المقلوب: الدائرة، العمل، الاشتقاق، وظيفة النقل وتطبيقاتها

أحد التطبيقات الرئيسية لـ op-amp هو مكبر للصوت الجمع أو الأفعى. عندما تكون مقاومة دخل المضخم التشغيلي ضخمة، يتم توفير إشارة دخل واحدة إلى المضخم العكسي لإضافة الإشارة المعطاة عند الخرج، والمعروفة باسم مضخم التجميع. هذه عبارة عن دائرة op-amp حيث تتم إضافة إشارات دخل جهد مختلفة إلى مكبر للصوت عكس في جهد خرج واحد. لذا، تصنف هذه الدائرة إلى نوعين بناءً على إشارة الخرج؛ مضخم الجمع المقلوب ومضخم الجمع غير المقلوب. توفر هذه المقالة معلومات موجزة عن عكس مكبر للصوت الجمع وأعماله وتطبيقاته.

ما هو عكس مكبر للصوت الجمع؟

يعد مكبر الصوت المقلوب أحد تكوينات المضخم التشغيلي الرئيسية حيث يتم جمع إشارات الإدخال وعكسها عند الإخراج. يقوم هذا مكبر الصوت بعكس الطور أو القطبية لإشارة الخرج مقارنة بإشارة الدخل. في تكوين مكبر الصوت هذا، يحصل الإدخال المقلوب لـ op-amp على جهد الإدخال ويتم توصيل الإدخال غير المقلوب بـ GND. وبالتالي، يمكن التحكم في كسب مكبر الصوت هذا من خلال اختيار قيم مقاومة التغذية الراجعة ومقاوم الإدخال.

دور Op-Amp في جمع مكبر الصوت:

في جمع دائرة مكبر للصوت، المرجع أمبير أو مكبر للصوت التشغيلي يلعب دورا رئيسيا. إن فهم المضخم التشغيلي سيحدد سلوك مضخم التجميع. يعد op-amp عبارة عن مضخم جهد عالي الكسب يشتمل على مدخلات تفاضلية وإخراج أحادي الطرف. يتناسب جهد الخرج في المضخم التشغيلي مع التباين داخل جهدي الإدخال.

يتم استخدام مكبر الصوت التشغيلي في مكبر الصوت التجميعي في وضعين مختلفين؛ أتباع الجهد ووضع العاكس.

• في وضع متابع الجهد، يقوم جهد خرج op-amp بإعادة إنتاج جهد الإدخال لجعل مكبر الصوت التشغيلي مثاليًا بشكل أساسي للتخزين المؤقت للإشارة.
• في وضع العاكس، يمكن تضخيم جهد خرج op-amp وعكسه إلى جهد الإدخال.

يعتمد أداء مضخم التجميع بشكل كبير على تكوين Op Amp. وبالتالي فإن تشغيل مكبر الصوت التشغيلي في مكبر الصوت التجميعي يوفر حسابًا دقيقًا ومضخمًا وربما مقلوبًا لجهود الإدخال المقدمة إلى مكبر الصوت التجميعي.

عكس الجمع مكبر للصوت العمل

يعمل مضخم الجمع المقلوب هذا عن طريق عكس طور القطبية (أو) لإشارة o/p الخاصة بمكبر الصوت لإشارة i/p. لذلك، يتم إعطاء إشارة الدخل لهذا مكبر الصوت إلى الإدخال المقلوب ويتم إعطاء الإدخال غير المقلوب إلى الطرف الأرضي. إن إشارة الخرج المضخمة التي يمكن توليدها تكون دائمًا خارج الطور بمقدار 180 درجة مع الإدخال. يؤدي الإدخال الإيجابي لهذا مكبر الصوت إلى إخراج سلبي والعكس صحيح. يمكن التحكم في كسب مكبر الصوت هذا عن طريق تحديد قيم مقاومة التغذية الراجعة ومقاوم الإدخال. ان عكس جمع مكبر للصوت الناتج يمكن التعبير عن الجهد على النحو التالي:

Vout = -(Rf/R1)*فين + -(Rf/R2)*Vin2+...+-(Rf/Rn)*فينبوتن

ال كسب مضخم الجمع المقلوب هو الربح (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin

من المهم هنا ملاحظة أنه يمكن أيضًا تصميم مكبر الصوت التجميعي op-amp من خلال التكوين غير المقلوب. لكن الفرق الرئيسي بين مكبر الصوت المقلوب وغير المقلوب هو الإدخال معاوقة . يتمتع مضخم الجمع المقلوب بمقاومة إدخال أقل مقارنةً بمضخم الجمع غير المقلوب بسبب شبكة التغذية الراجعة. لذلك يمكن تضخيم إشارات الإدخال لهذا المضخم بناءً على المقاومات المتصلة بمضخم العمليات ويمكن عكس مجموع إشارات الإدخال المضخمة وعرضها في مضخم العمليات.

عكس الجمع مكبر للصوت الدائرة

يعد مكبر الصوت المقلوب نسخة شاملة من تصميم مكبر الصوت المقلوب مما يعني أنه يتم توفير العديد من المدخلات إلى الطرف المقلوب الخاص بـ op-amp بينما يتم توصيل الطرف غير المقلوب بـ GND. تظهر دائرة مكبر الصوت المقلوب أدناه. تحتوي هذه الدائرة على العديد من جهود الإدخال المتصلة بطرف الإدخال المقلوب لمكبر الصوت وسيكون الإخراج هو مقدار جميع جهود الإدخال المطبقة ولكنها مقلوبة.

في الدائرة المذكورة أعلاه، عندما يكون الطرف غير المقلوب متصلاً بـ GND، يكون الطرف المقلوب في GND الظاهري. وبالتالي، فإن عقدة الإدخال المقلوبة سوف تصبح عقدة مثالية بشكل رئيسي لجمع تيارات i/p.

عكس الجمع معادلة مكبر للصوت

يظهر أدناه مضخم الجمع المقلوب باستخدام op-amp. في هذه الدائرة، يمكن إعطاء جميع إشارات الإدخال المضافة إلى طرف الإدخال المقلوب. لذلك، الدائرة مع اثنين من المدخلات
في الدائرة المذكورة أعلاه، يتم تأريض الطرف غير المقلوب أو النقطة B، بسبب مفهوم GND الافتراضي، يمكن أن تكون العقدة A أيضًا في إمكانات GND الافتراضية.

VA = VB = 0 —— (I)

من جانب الإدخال لهذه الدائرة؛

I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)

I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)

التقديم على العقدة A والتيار عند الإدخال op-amp هو صفر.

أنا = I1 + I2 —— (رابعا)

من إخراج مكبر للصوت،

أنا = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf ————– (ت)

البديل الثاني، الثالث المعادلات في الرابع.

-Vo/Rf = V1/R1 + V2/ R2.

Vo = -Rf (V1/R1 + V2/ R2).

Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).

إذا كانت المقاومات الثلاث R1 و R2 و Rf متساوية فإن R1= R2 = Rf، وبالتالي تصبح المعادلة أعلاه كما يلي:

Vo = - (V1 + V2) .......... (السادس)

من خلال تحديد R1 وR2 وRf بشكل صحيح، يمكننا الحصول على إضافة مرجحة لإشارات الإدخال مثل؛ aV1 + bV2 والذي يشار إليه بمعادلة Vi. في الواقع، بهذه الطريقة، يتم إضافة جهد الإدخال 'n'.

ولذلك فإن حجم جهد الخرج هو مقدار جهد الدخل وبالتالي تعرف هذه الدائرة باسم دائرة الأفعى أو الدائرة الصيفية. عند الإخراج، بسبب الإشارة السلبية للمجموع، يُعرف باسم مضخم الجمع المقلوب.

كيفية اشتقاق دالة نقل المضخم المقلوب

يضيف هذا مكبر الصوت إشارات الإدخال ويعكس الإخراج. تتم إضافة إشارات الإدخال في مكبر الصوت هذا مع مكاسبها. تُظهر الدائرة التالية مضخم الجمع المقلوب بما في ذلك مدخلين. يتم عرض وظيفة النقل لمكبر الصوت هذا أدناه.

الصوت = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]

باستخدام نظرية التراكب لنبدأ بجعل مدخل V2 صفرًا كما هو موضح في الشكل التالي. النقطة الأساسية هنا هي أن نفهم أن مستوى الجهد عند الإدخال المقلوب لمضخم العمليات هو صفر فولت لأن الإدخال غير المقلوب متصل بـ GND.

سوف يقوم مضخم التشغيل هذا بضبط مستوى o/p عند الجهد الذي يجعل مدخلاته المقلوبة إلى نطاق مماثل للمدخلات غير المقلوبة. وذلك بسبب الكسب التفاضلي العالي جدًا لهذا المضخم التشغيلي الذي يصل إلى 100000. إذا كان o/p بضعة فولتات (5V)، فيجب أن يكون الجهد التفاضلي عند دخل مضخم التشغيل

Vd = 5V/100,000 = 50uV.

يعتبر الإدخال المقلوب وغير المقلوب بإمكانات مماثلة مع وجود عدد قليل من الميكروفولت بين مدخلات مضخم التشغيل. يساعد GND الافتراضي داخل الإدخال المقلوب في تحديد انخفاض الجهد على مقاومة التغذية المرتدة 'Rf'. وبما أن الدخل المقلوب عند 0V، فإن انخفاض الجهد فوق Rf يشبه Vout. وبالتالي، فإن التيار في جميع أنحاء Rf، إذا يمكن كتابته كـ؛

إذا = Vout/RF

إن تدفق التيار عبر المقاومة R1 هو تيار 'I1' ويمكن كتابته مثل المعادلة التالية.

I1=V1/R1

مكبر للصوت التشغيلي مثالي

يمكن اعتبار مكبر الصوت التشغيلي مثاليًا، وبالتالي فإن تيار انحياز الإدخال 'Ib' قريب جدًا من الصفر. بالإضافة إلى ذلك، يتم توصيل المقاوم 'R2' بساق واحدة إلى GND بينما يتم توصيل الساق الأخرى بعقدة GND افتراضية. إن تدفق التيار عبر المقاومة 'R2' قريب جدًا من الصفر. هنا ينص قانون كيرشوف الحالي على أن مجموع كل التيارات داخل العقدة هو صفر، وبالتالي يمكننا كتابة ذلك،

إذا + I1 + I2 + Ib = 0

بعد استبدال 'If' وI1،

Vout/Rf = -V1/R1 أو -V1 (Rf/R1)

تبدو المعادلة أعلاه مشابهة لوظيفة نقل المضخم التشغيلي في التكوين المقلوب. إن مكبر الصوت الذي يتضمن V1 في i/p الخاص به هو عبارة عن عاكس عادي نظرًا لأن تدفق التيار عبر 'R2' يساوي صفرًا.
في شروط نظرية التراكب التالية، نقوم بتخزين 'V2' ونجعل 'V1' صفرًا. الأفكار التالية المشابهة لـ 'V1'، فإن جهد o/p Vout2 عندما يكون هناك 'V2' فقط داخل مضخم الإدخال هو؛

Vout2 = -V2 (Rf/R1)

وظيفة النقل:

عن طريق إضافة اثنين من الفولتية o/p، فإن T.F لمضخم الجمع المقلوب

فوت = فوت1 + فوت2

الصوت = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]

وظيفة النقل لمكبر الصوت هذا مع إشارات الإدخال 'n' هي

Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]

مثال 1:

لنفترض أن قيم المقاومات لعكس مضخم التجميع Rf = 100 كيلو أوم، R1 = 10 كيلو أوم و R2 = 10 كيلو أوم. الإشارات الصوتية المدخلة لمكبر الصوت هذا هي 'Vinput1 = 1V وVinput2 = 2V'، لذا قم بحساب Vout لهذا مكبر الصوت.

نحن نعلم أن Rf = 100 كيلو أوم، R1 = 10 كيلو أوم، R2 = 10 كيلو أوم.

Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V

إذا عوضنا بهذه القيم في معادلة جمع المضخم، فيمكننا الحصول على:

Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2

= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2

= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30 فولت.

جهد الخرج هو -30 فولت، وهو عبارة عن تضخيم وجمع لإشارات الإدخال بعد تعديل قيم المقاومة. هناك عوامل مختلفة تغير خرج مكبر الصوت مثل؛ الحصول على منتج عرض النطاق الترددي وإمدادات الجهد وتأثيرات التحميل. ومع ذلك، فإن المثال أعلاه لمضخم الجمع يوفر نظرة ثاقبة للحسابات الأساسية وتفاعل المكونات التي تحرك هذا المضخم. يمكن توسيع نطاق عملية جمع وتضخيم الإشارات لتشمل إشارات مختلفة معًا.

مثال 2:

ما هو جهد الخرج لدائرة مضخم التجميع التالية إذا كانت هناك ثلاث إشارات صوتية تقود هذا المضخم؟

لكل قناة في الدائرة المذكورة أعلاه، يمكن قياس مكاسب جهد الحلقة المغلقة على النحو التالي:

ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 كيلو أوم / 20 كيلو أوم) => – 5 كيلو أوم.

ACL2 = – (Rf / R2) => – (100 كيلو أوم / 10 كيلو أوم) => ACL2 = – 10 كيلو أوم.

ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 كيلو أوم / 50 كيلو أوم) => ACL3 = – 2 كيلو أوم.

يمكن إعطاء جهد o/p لمضخم التجميع هذا على النحو التالي:

VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)

= – [(5*100 مللي فولت) + (10*200 مللي فولت) + (2*300 مللي فولت)]

= – (0.5 فولت + 2 فولت + 0.6 فولت) => – 3.1 فولت.

إيجابيات - سلبيات

ال مزايا عكس مكبر للصوت الجمع تشمل ما يلي.

• نقطة الجمع في هذا المضخم هي عند الإمكانات الأرضية تقريبًا، وبالتالي فإن الإعدادات وكذلك الإشارات من كل قناة مختلفة لا تؤثر على بعضها البعض. وبهذه الطريقة، يتم خلط كل قناة أو تجميعها بعيدًا عن مستوى الإشارة، وما إلى ذلك.
• يسمح هذا مكبر الصوت لخبراء الصوت بدمج الإشارات من قنوات مختلفة وإعادة إنتاجها في مسار واحد. يتم تكوين كل إدخال صوتي فردي بشكل منفصل دون إزعاج الإخراج.
  يوفر هذا النوع من مكبرات الصوت العزلة بين المدخلات والمخرجات الفردية بسبب GND الافتراضي الخاص به عند العقدة.

ال عيوب عكس مكبر للصوت الجمع تشمل ما يلي.

• العيب الرئيسي لمضخم الجمع المقلوب هو أنه يتمتع بكسب أقل إلى حد ما مقارنةً بمكبر الصوت نوع غير مقلوب .
• هذا مكبر الصوت حساس للضوضاء لذا فهو يقلل من نسبة الإشارة إلى الضوضاء (S/N) ويقلل من دقة إشارة الخرج.
• يصبح حساب مكبر الصوت هذا معقدًا عندما يزيد عدد المدخلات.
• قد لا يكون قلب المجموع في مكبر الصوت هذا مرغوبًا في بعض الحالات.

التطبيقات

ال عكس جمع تطبيقات مكبر للصوت تشمل ما يلي.

• يساعد عكس مكبر الصوت التجميعي في عكس طور القطبية (أو) لإشارة o/p الخاصة بمكبر الصوت مع إشارة الإدخال.
• هذا تكوين مكبر صوت متخصص للغاية حيث يتم جمع إشارات الإدخال وعكسها عند الإخراج.
• يستخدم هذا النوع من مضخم الجمع لإضافة الإشارات.
• يستخدم هذا المضخم لإضافة إشارات مختلفة بمكاسب مكافئة في جهاز مزج الصوت.
• يتم استخدام مضخم التجميع هذا لتطبيق جهد إزاحة التيار المستمر من خلال جهد إشارة التيار المتردد.
• يمكن أن يعمل أيضًا كجهاز طرح ببساطة عن طريق توفير جهد o/p وهو ما يعادل اختلاف جهدين.

وبالتالي، هذه نظرة عامة على مكبر الصوت العكسي، والدوائر، والعمل، والاشتقاق، والمزايا، والعيوب، والتطبيقات. وتتمثل المهمة الرئيسية لهذا مكبر الصوت في عكس مرحلة إشارة o/p. هؤلاء مكبرات الصوت تتمتع بممانعة خرج منخفضة، ومقاومة مدخلات عالية وقيم دائرة مرنة للغاية والتي يمكن تعديلها بسهولة للتعامل مع كسب كل إشارة دخل.

مكبر للصوت التشغيلي في الجمع تحدد دائرة مكبر الصوت سلوكها. يعمل المضخم التشغيلي الموجود في مكبر الصوت هذا في وضع متابع الجهد أو وضع العاكس. تشير معادلة هذا المضخم ببساطة إلى جهد o/p الذي يرتبط بجهود الإدخال وكذلك المقاومات داخل الدائرة. تُستخدم مكبرات الصوت التجميعية هذه في تطبيقات عملية مختلفة مثل؛ خلاطات الصوت، حيث يتم دمج إشارات الإدخال المختلفة في مخرج واحد. هنا سؤال لك، ما هو مضخم الجمع غير المقلوب؟