Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)
Penguat Penjumlah atau Summing Amplifier adalah jenis lain dari konfigurasi rangkaian penguat operasional (Op-amp) yang digunakan untuk menggabungkan tegangan hadir pada dua atau lebih input menjadi tegangan output.
Kita telah melihat sebelumnya dalam Penguat Operasional Op-amp Inverting (pembalik) bahwa penguat inverting memiliki tegangan input tunggal, (Vin) diterapkan pada terminal input inverting.
Jika kita menambahkan lebih banyak Resistor input ke input, masing-masing sama nilainya dengan resistor input asli, (Rin) kita berakhir dengan rangkaian penguat operasional lain yang disebut Penguat Penjumlah, atau "Summing Amplifier" atau "summing inverter" atau bahkan rangkaian "penambah tegangan" seperti yang ditunjukkan di bawah.
Dalam rangkaian penguat penjumlah yang sederhana ini, tegangan output, (Vout) sekarang menjadi proporsional dengan jumlah tegangan input, V1, V2, V3, dll. Kemudian kita dapat memodifikasi persamaan asli untuk penguat inverting untuk memperhitungkan input baru ini dengan demikian:
Namun, jika semua impedansi input, ( Rin ) nilainya sama, kita dapat menyederhanakan persamaan di atas untuk memberikan tegangan output:
Kami sekarang memiliki rangkaian Op-amp yang akan memperkuat setiap tegangan input individu dan menghasilkan sinyal tegangan output yang sebanding dengan "JUMLAH/SUM" aljabar dari tiga tegangan input individu V1, V2 dan V3. Kita juga dapat menambahkan lebih banyak input jika diperlukan karena setiap input individu “melihat” resistansi masing-masing, Rin sebagai satu-satunya impedansi input.
Ini karena sinyal input secara efektif diisolasi satu sama lain oleh simpul “virtual earth” pada input Inverting Op-amp. Penambahan tegangan langsung juga dapat diperoleh ketika semua resistansi memiliki nilai yang sama dan Rƒ sama dengan Rin.
Perhatikan bahwa ketika titik penjumlah terhubung ke input Inverting Op-amp, rangkaian akan menghasilkan jumlah negatif dari sejumlah tegangan input. Demikian juga, ketika titik penjumlah terhubung ke input Non-inverting Op-amp, itu akan menghasilkan jumlah positif dari tegangan input.
Sebuah Scaling Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) dapat dibuat jika resistor input individu “TIDAK” sama. Maka persamaan harus diubah menjadi:
Untuk membuat matematika sedikit lebih mudah, kita dapat mengatur ulang rumus di atas untuk membuat resistor feedback Rƒ subjek persamaan memberikan tegangan output sebagai:
Ini memungkinkan tegangan output dapat dengan mudah dihitung jika lebih banyak resistor input terhubung ke penguat atau amplifier yang membalikkan terminal input. Impedansi input dari masing-masing saluran individu adalah nilai resistor mereka masing-masing input, yaitu, R1, R2, R3... dst.
Terkadang kita membutuhkan rangkaian penjumlah untuk hanya menambahkan bersama dua atau lebih sinyal tegangan tanpa amplifikasi apa pun. Dengan meletakkan semua resistansi rangkaian di atas ke nilai R yang sama, Op-amp akan memiliki gain tegangan satu dan tegangan output sama dengan jumlah langsung dari semua tegangan input seperti yang ditunjukkan:
Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) adalah rangkaian yang sangat fleksibel memang, memungkinkan kita untuk secara efektif “Menambah” atau “Menjumlah”bersama-sama beberapa sinyal input individual. Jika resistor input, R1, R2, R3 dll, semuanya sama, “unity gain inverting adder” akan dibuat. Namun, jika resistor input memiliki nilai yang berbeda, “scaling summing amplifier” dihasilkan yang akan menghasilkan jumlah sinyal input yang berbobot.
Menggunakan rumus yang ditemukan sebelumnya untuk gain dari rangkaian
Kita sekarang dapat mengganti nilai-nilai resistor di rangkaian sebagai berikut,
Kita tahu bahwa tegangan output adalah jumlah dari dua sinyal input yang diperkuat dan dihitung sebagai:
Kemudian tegangan output dari rangkaian Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) di atas diberikan sebagai -45 mV dan negatif sebagai penguat pembalik (inverting Op-amp).
Misalnya, mengukur suhu, Anda dapat menambahkan tegangan offset negatif untuk membuat tegangan output atau tampilan membaca "0" pada titik beku atau menghasilkan mixer audio untuk menambahkan atau mencampur bersama masing-masing bentuk gelombang (suara) dari saluran sumber yang berbeda (vokal, instrumen, dll) sebelum mengirimnya dikombinasikan ke amplifier audio.
Aplikasi lain yang berguna dari Penguat Penjumlah (summing amplifier) adalah sebagai jumlah konverter digital-ke-analog yang berbobot. Jika resistor input, Rin dari penguat penjumlah nilainya dua kali lipat untuk setiap input, misalnya, 1kΩ, 2kΩ, 4kΩ, 8kΩ, 16kΩ, dll.
Maka tegangan logika digital, baik level logika “0” atau level logika “ 1 ”pada input ini akan menghasilkan output yang merupakan jumlah tertimbang dari input digital. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Tentu ini contoh sederhana. Dalam rangkaian Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) DAC ini, jumlah bit individual yang menyusun kata data input, dan dalam contoh ini 4-bit, pada akhirnya akan menentukan tegangan langkah output sebagai persentase dari tegangan output analog skala penuh.
Juga, keakuratan output analog skala penuh ini tergantung pada level tegangan bit input yang konsisten 0V untuk "0" dan konsisten 5V untuk "1" serta akurasi nilai resistansi yang digunakan untuk resistor input, Rin.
Untungnya untuk mengatasi kesalahan ini, setidaknya di pihak kami, perangkat Digital-ke-Analog dan Analog-ke-Digital yang tersedia secara komersial sudah tersedia dengan jaringan tangga resistor yang sangat akurat yang sudah ada di dalamnya.
Dalam tutorial berikutnya tentang Penguat Operasional (Op-amp), kita akan memeriksa efek dari tegangan output, Vout ketika tegangan sinyal terhubung ke input inverting Op-amp dan input non-inverting Op-amp pada saat yang sama untuk menghasilkan jenis umum dari rangkaian penguat operasional yang disebut Penguat Diferensial yang dapat digunakan untuk "mengurangi" tegangan yang ada pada inputnya.
Kita telah melihat sebelumnya dalam Penguat Operasional Op-amp Inverting (pembalik) bahwa penguat inverting memiliki tegangan input tunggal, (Vin) diterapkan pada terminal input inverting.
Jika kita menambahkan lebih banyak Resistor input ke input, masing-masing sama nilainya dengan resistor input asli, (Rin) kita berakhir dengan rangkaian penguat operasional lain yang disebut Penguat Penjumlah, atau "Summing Amplifier" atau "summing inverter" atau bahkan rangkaian "penambah tegangan" seperti yang ditunjukkan di bawah.
Rangkaian Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)
Dalam rangkaian penguat penjumlah yang sederhana ini, tegangan output, (Vout) sekarang menjadi proporsional dengan jumlah tegangan input, V1, V2, V3, dll. Kemudian kita dapat memodifikasi persamaan asli untuk penguat inverting untuk memperhitungkan input baru ini dengan demikian:
Persamaan Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)
Kami sekarang memiliki rangkaian Op-amp yang akan memperkuat setiap tegangan input individu dan menghasilkan sinyal tegangan output yang sebanding dengan "JUMLAH/SUM" aljabar dari tiga tegangan input individu V1, V2 dan V3. Kita juga dapat menambahkan lebih banyak input jika diperlukan karena setiap input individu “melihat” resistansi masing-masing, Rin sebagai satu-satunya impedansi input.
Ini karena sinyal input secara efektif diisolasi satu sama lain oleh simpul “virtual earth” pada input Inverting Op-amp. Penambahan tegangan langsung juga dapat diperoleh ketika semua resistansi memiliki nilai yang sama dan Rƒ sama dengan Rin.
Perhatikan bahwa ketika titik penjumlah terhubung ke input Inverting Op-amp, rangkaian akan menghasilkan jumlah negatif dari sejumlah tegangan input. Demikian juga, ketika titik penjumlah terhubung ke input Non-inverting Op-amp, itu akan menghasilkan jumlah positif dari tegangan input.
Sebuah Scaling Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) dapat dibuat jika resistor input individu “TIDAK” sama. Maka persamaan harus diubah menjadi:
Terkadang kita membutuhkan rangkaian penjumlah untuk hanya menambahkan bersama dua atau lebih sinyal tegangan tanpa amplifikasi apa pun. Dengan meletakkan semua resistansi rangkaian di atas ke nilai R yang sama, Op-amp akan memiliki gain tegangan satu dan tegangan output sama dengan jumlah langsung dari semua tegangan input seperti yang ditunjukkan:
Contoh: Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) No.1
Temukan tegangan output dari rangkaian Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) berikut.Rangkaian Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)
Menggunakan rumus yang ditemukan sebelumnya untuk gain dari rangkaian
Vout = (A1 x V1) + (A2 x V2)
Vout = (-10(2mV)) + (-5(5mV)) = -45mV
Kemudian tegangan output dari rangkaian Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) di atas diberikan sebagai -45 mV dan negatif sebagai penguat pembalik (inverting Op-amp).
Aplikasi Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)
Jadi apa yang bisa kita gunakan untuk Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)? Jika resistansi input dari penguat penjumlah terhubung ke Potensiometer, sinyal input individu dapat dicampur bersama-sama dengan jumlah yang bervariasi.Misalnya, mengukur suhu, Anda dapat menambahkan tegangan offset negatif untuk membuat tegangan output atau tampilan membaca "0" pada titik beku atau menghasilkan mixer audio untuk menambahkan atau mencampur bersama masing-masing bentuk gelombang (suara) dari saluran sumber yang berbeda (vokal, instrumen, dll) sebelum mengirimnya dikombinasikan ke amplifier audio.
Rangkaian Summing Amplifier Audio Mixer
Aplikasi lain yang berguna dari Penguat Penjumlah (summing amplifier) adalah sebagai jumlah konverter digital-ke-analog yang berbobot. Jika resistor input, Rin dari penguat penjumlah nilainya dua kali lipat untuk setiap input, misalnya, 1kΩ, 2kΩ, 4kΩ, 8kΩ, 16kΩ, dll.
Maka tegangan logika digital, baik level logika “0” atau level logika “ 1 ”pada input ini akan menghasilkan output yang merupakan jumlah tertimbang dari input digital. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Rangkaian Konverter Digital ke Analog
Tentu ini contoh sederhana. Dalam rangkaian Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) DAC ini, jumlah bit individual yang menyusun kata data input, dan dalam contoh ini 4-bit, pada akhirnya akan menentukan tegangan langkah output sebagai persentase dari tegangan output analog skala penuh.
Juga, keakuratan output analog skala penuh ini tergantung pada level tegangan bit input yang konsisten 0V untuk "0" dan konsisten 5V untuk "1" serta akurasi nilai resistansi yang digunakan untuk resistor input, Rin.
Untungnya untuk mengatasi kesalahan ini, setidaknya di pihak kami, perangkat Digital-ke-Analog dan Analog-ke-Digital yang tersedia secara komersial sudah tersedia dengan jaringan tangga resistor yang sangat akurat yang sudah ada di dalamnya.
Dalam tutorial berikutnya tentang Penguat Operasional (Op-amp), kita akan memeriksa efek dari tegangan output, Vout ketika tegangan sinyal terhubung ke input inverting Op-amp dan input non-inverting Op-amp pada saat yang sama untuk menghasilkan jenis umum dari rangkaian penguat operasional yang disebut Penguat Diferensial yang dapat digunakan untuk "mengurangi" tegangan yang ada pada inputnya.