Operational Amplifiers - Part 10

Operational Amplifier အပိုင္း (၁၀)

The Summing Amplifier

ပုံ (၁) - Summing Amplifier

Summing amplifier ပုံ (၁) ဆိုတာ voltage မ်ားကို ေပါင္းေပးတဲ့ op-amp circuit တခုပါ။ summing amplifier ကို Audio mixer, D to A converter , Output offsetting amplifier ... စသည္ျဖင့္ ေနရာမ်ားမွာ အသံုးျပဳႏိုင္ပါတယ္။

Voltage source ေတကြိုေပါင္းခ်င္ရင္ series ဆက္ေပါင္းရၿပီး current source ေတ ြကိုေပါင္းခ်င္ရင္ parallel ဆက္ၿပီးေပါင္းရပါတယ္။ Voltage source ေတကြို parallel ဆက္ခ်င္ရင္ volt တူမွဆက္ႏိုင္ေသာ္လည္း စုစုေပါင္း volt တိုးမလာဘဲ ေပးႏိုင္တဲ့ current သာ တိုးလာတာပါ။

ဥပမာ Dynamic Microphone ၂ ခုကိုမွ အထကြ္ volt ေတကြို ေပါင္းခ်င္ရင္ Mic ၂ ခုကို series ဆက္ရပါမယ္။ လက္ေတ႔မြွာ အဲဒီလိုလုပ္ရင္ Mic တခုဟာ circuit ground မွလတြ္တဲ့အတကြ္

အျပင္မွ noise ေတအြလယြ္တကူ ဝင္နိင္ပါတယ္။ ဒါေၾကာင့္ voltage source ၂ ခုကို ground မလတြ္ေစဘဲ ေပါင္းခ်င္ရင္ current source အျဖစ္ေျပာင္းၿပီးမွ ေပါင္းႏိုင္ပါတယ္။ ပံု ၂ ။ Voltage source ကို current source ေျပာင္းခ်င္ရင္ resistor တခု series ဆက္ေပးၿပီး ေပါင္းႏိုင္တယ္။ ရလာတဲ့ current ကို volt ျပန္ရခ်င္ရင္ resistor တခုထဲ ျပန္ျဖတ္ၿပီး i ကို v ျဖစ္ေအာင္ ေျပာင္းနိင္ပါတယ္။ resistor တခုဟာ အလယြ္ဆုံး V to I , I to V converter ေတပြါဘဲ။ လက္ေတ႔မြွာ Microphone ေတရြဲ႕ internal resistance ေတ ၾေကာင့္ တိုက္႐ိုက္ ပူးဆက္ႏိုင္ပါတယ္။ ၿပီးရင္ Amplifier ထဲထည့္လိုက္ရင္ amplifier ရဲ႕ input resistance က volt ျဖစ္ေအာင္ ေျပာင္းလိုက္တာေၾကာင့္ voltage source ၂ ခုကို parallel ေပါင္းရင္ ရတယ္လို႔ ထင္ရပါတယ္။

ပုံ (၂) - Source Transformation

Voltage source ကို resistor တခုနဲ series ဆက္လိုက္ရင္ current source လိုသံုးနိင္ေပမဲ့ load နဲ႔ ဆက္လိုက္ရင္ load volt ေျပာင္းတဲ့အခါ current လိုက္ေျပာင္းပါတယ္။ ဒါေၾကာင္ Mic ၂ ခုကို တိုက္႐ိုက္ parallel ဆက္သံုးရင္ Mic တခုရဲ႕ resistance နဲ႔ volt ေျပာင္းရင္ အျခား Mic ရဲ႕ output ကို ေျပာင္းေစတာေၾကာင့္ distortion ျဖစ္ေစပါတယ္။ တနည္းအားျဖင့္ တခုနဲ႔တခု interaction ရွိေနပါတယ္။

၁။ current source ၂ ခုေပါင္းခ်င္ရင္ parallel ေပါင္းရမယ္။
၂။ loading effect မျဖစ္ေစခ်င္ရင္ source resistance အလနြ္ႀကီးရမယ္ ဒါမွမဟုတ္ load resistance zero ျဖစ္ရပါမယ္။

Voltage source မွ Current source ေျပာင္းထားတဲ့ circuit ေတမြွာ source resistance ဟာ အမ်ားအားျဖင့္ သိပ္မမ်ားတဲ့ အတကြ္ load အျဖစ္ zero ohm resistor သံုးတာအေကာင္းဆံုးပါ။ ဒါေပမဲ့ တကယ့္ zero ohm resistor သံုးရင္ power အားလံုး ဆံုးရႈံးလိုက္ရလုိ႔ output မရႏိုင္ပါ။ ဒီေနရာမွာ အသင့္ေတာ္ဆံုး က virtual short ကိုသံုးတဲ့နည္းပါ။

op-amp တခုရဲ႕ inverting input ကို output မွ resistance ဆက္ေပးလိုက္ရင္ input ၂ ခုၾကား 0 V အၿမဲျဖစ္ေနတာေၾကာင့္ short circuit လိုျဖစ္ေနပါတယ္။ တကယ့္ short အစစ္ဆိုရင္ node ၂ ခုၾကား current စီးေပမဲ့ virtual short မွာ current ျဖတ္မစီးပါ။ ဒါေၾကာင့္ short အတု - virtual short လို႔ေခၚတာပါ။

Non inverting input ကို ground ဆက္ေပးလိုက္ရင္ inverting input ဟာလည္း အလိုလို ground ျဖစ္လာပါတယ္။ ဒါကို virtual ground လို႔ေခၚပါတယ္။ အဲဒီ virtual ground သို႔ ground အတုဟာ V source မွ I source ေျပာင္းထားတဲ current source အတုေတကြိုပေါင္းရန္ အေကာင္းဆံုးပါ။

ပုံ (၃) - op-amp ရဲ႕ virtual ground မွာ current တေြပေါင္းထားပံု

Current source အတုေတကြို ground အတုမွာေပါင္းၿပီး ပုံ(၃)  ရလာတဲ့ current ကို feedback resistor Rf ကေန volt ျဖစ္ေအာင္ ေျပာင္းလိုက္တဲ့အခါ summing amplifier တခုျဖစ္လာပါတယ္။ ပံု (၄)

ပုံ (၄) - Summing Amplifier (after current source transformation)

If = I1 + I2

I1= V1/R1

I2= V2/R2

Vo= - If Rf

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

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

ဒီေနရာမွာ negative sign က output volt ဟာ polarity ေျပာင္းျပန္ထကြ္ေၾကာင္းျပပါတယ္။ polarity ကို အတည့္ျဖစ္ေစခ်င္ရင္ေတာ့ gain 1 ရွိတဲ့ inverting amplifier သံုးၿပီး တည့္ေပးႏိုင္ပါတယ္။ ရလာတဲ့ Vo ကို scaled sum လိုေခၚပါတယ္။ အဝင္ volt ေတကြို အခ်ိဳးခ်ၿပီး ေပါင္းထားလို႔ပါ။ တိုက္႐ိုက္ေပါင္းခ်င္ရင္ R1=R2=Rf ထားေပးရင္ Vo ဟာ true sum ရပါတယ္။

Vo = - ( V1 + V2 )

Input Voltage source ႀကိဳက္သလောက္ သံုးႏိုင္ပါတယ္။ ဒါေပမဲ့ op - amp ရဲ႕ output volt ဟာ သူုရဲ႕ supply volt ကို ေတာ့ မကေ်ာ္လနြ္ႏိုင္ပါ။ op-amp supply volt ဟာ ∓12 V ရွိရင္ +12 V ထက္ ေက်ာ္မထကြ္ႏိုင္ပါ။ -12 Volt ေအာက္လည္း မထကြ္နိုင္ပါ။ တကယ့္ အမ်ားဆံုး Limit ကတော့ op-amp အမ်ိဳးအစားနဲ႔ဆိုင္ပါတယ္။Data sheet မွာ ၾကည့္ပါ။

ပုံ (၅) - summing amplifier တခုရဲ႕ အလုပ္လုပ္ပံုကို block diagram ျဖင့္ ေဖၚျပျခင္း။