加法放大器电路、计算公式、原理及应用

在电子电路中，有许多应用需要将两个或多个模拟信号添加或组合成单个信号，此类要求的最佳示例之一是音乐录制和广播应用程序。在典型的音乐重新编码设置的情况下，它有来自多个麦克风的多个输入，但输出是立体声（左和右）。

这就是加法放大器（求和放大器）派上用场的地方，因为它将多个输入组合成一个公共信号，没有噪声或干扰。出于这个原因，加法放大器也被称为电压加法器，因为它的输出是其输入端的电压相加。简单来说，加法放大器是一种基于运算放大器的电路，其中添加了多个不同电压的输入信号。

加法放大器电路

加法放大器电路如下图所示。在Va以下的电路中，Vb和Vc是输入信号，这些输入信号使用Ra、Rb 和 Rc等输入电阻器提供给运算放大器的反相端。以上述方式，可以将输入信号的数量提供给反相i/p。

加法放大器

这里，Rf是反馈电阻，RL是负载电阻。运算放大器的同相端使用Rm电阻连接到接地端。通过在节点V2应用KCL，这样可以得到以下等式。

If + Ib= Ia + Ib + Ic

由于理想运算放大器的输入电阻接近于无穷大，因此可以忽略V2和Ib

If= la + lb + lc

第一个方程可以写成：(V2-V0)/Rf = Va/Ra + Vb/Rb + Vc/ Rc

通过忽略V2，可以得到以下等式：

-V0 / Rf = Va / Ra + Vb / Rb + Vc / Rc

V0 = -Rf (Va / Ra + Vb / Rb + Vc / Rc)

V0 = -(Rf/Ra)/Va + (Rf/Rb)Vb + (Rf/Rc) Vc如果电阻Ra、Rb和Rc的值相同，则上式可以写为：Vo= ( Va + Vb + Vc) X –( Rf/R)

如果R和Rf的值相似，则等式变为：V0 = -(Va + Vb + Vc)

反相加法放大器

最常用的加法放大器是反相放大器配置的扩展版本，也就是多个输入应用于运算放大器的反相输入端，而同相输入端接地。由于这种配置，电压加法器电路的输出相对于输入异相180°。

加法放大器的一般设计如以下电路所示，普通反相放大器电路在其反相输入端只有一个电压/输入。如果更多输入电压如图所示连接到反相输入端子，则结果输出将是所有施加的输入电压的总和，但是是反相的。

?反相加法放大器

在分析上述电路之前，需要说明下这个设置中的一个重要点：虚拟接地的概念。由于上述电路的同相输入端接地，因此运算放大器的反相输入端处于虚拟接地端。所以，反相输入节点成为对输入电流求和的理想节点。

加法放大器的电路图如上图所示，所有输入源都有自己的输入驱动电阻，而不是使用单个输入电阻，像这样的电路会放大每个输入信号。每个输入的增益由反馈电阻器Rf与相应分支中的输入电阻之比给出。

反相加法放大器输出电压计算

令R1为输入阻抗，V1为第一通道的输入电压。类似地，R2 – V2用于第二个通道，R3 – V3用于第三个通道，依此类推，直到 Rn – Vn用于第n个通道。

由于加法放大器基本上是一个反相放大器，在反相输入端具有多个电压。每个通道的输出电压可以单独计算，最终输出电压将是所有单独输出的总和。而要计算特定通道的输出电压，必须将所有剩余通道接地，并对每个通道使用基本的反相放大器输出电压公式。

如果除第一个通道外所有通道都接地，则第一个通道的输出由下式给出：

V OUT1 = – (R f / R 1 ) V 1?

其中， – (R f / R 1 ) 是第一通道的电压增益 (A V1 )。

同样，如果除第二个通道之外的所有通道都接地，则第二个通道的输出由下式给出：

V OUT2 = – (R f / R 2 ) V 2?

其中， – (R f / R 2 ) 是第二通道的电压增益 (A V2 )。

同样，第 n个通道的输出由下式给出：

V OUTn = – (R f / R n ) V n?

并且 – (R f / R n ) 是第n通道的电压增益( A Vn )。

输出信号是各个输出的代数和，或者换句话说，它是所有输入的总和乘以它们各自的增益。

V OUT = V OUT1 + V OUT2 + 。. . + V OUTn?

V OUT = – [(R f / R 1 ) V 1 + (R f / R 2 ) V 2 + 。. . + (R f / R n ) V n ]?

V OUT = V 1 A V1 + V 2 A V2 + 。. . + V n A Vn?

在加法放大器中，如果输入电阻不相等，则该电路称为缩放加法放大器。但是，如果所有输入电阻都选择为相等大小，则加法放大器被称为具有等权配置，其中每个输入通道的增益相同。

有时候，有必要只添加输入电压而不放大它们。在这种情况下，输入电阻R1、R2、R3等的值必须选择等于反馈电阻Rf的值。结果，放大器的增益将是统一的。因此，输出电压将是输入电压的加法。

理论上来看，可以根据需要将尽可能多的输入信号应用到求和放大器的输入端。但是，必须注意的是，所有输入电流都是相加后通过电阻 Rf反馈的，因此需要了解电阻的额定功率。

同相加法放大器

也可以使用运算放大器的同相放大器配置来构建同相加法放大器。这里，输入电压被施加到运算放大器的同相输入端，一部分输出通过分压器偏置反馈反馈到反相输入端。

下图显示了同相加法放大器的电路。为方便起见，以下电路仅由三个输入组成，当然，你可以添加更多输入。

?同相加法放大器

首先，尽管这也是一个加法放大器，但计算不如反相求和放大器那么简单，因为在非反相求和放大器中没有虚拟接地求和节点的优势。

同相加法放大器输出电压计算

要了解同相加法放大器的工作原理，必须将电路分为两部分：

输入电阻/源部分

同相放大器部分

如果V IN是所有输入信号的组合，则将其应用于运算放大器的同相端。从上面的电路中，可以计算出以V IN作为输入，Rf和 Ri作为反馈分压电阻的同相放大器的输出电压，公式如下所示：

V OUT = V IN (1 + (R f / R i ))?

随着输出电压的计算，现在必须确定V IN的值。如果V1、V2和V3是三个主输入源，R1、R2和R3是它们的输入电阻，那么当其他相应通道接地时，V IN1、V IN2和V IN3是各个通道的输入. 所以：

V IN = V IN1 + V IN2 + V IN3?

由于此处不适用虚地的概念，因此所有通道都会对其他通道产生影响。现在来计算V IN的V IN1部分，通过简单的数学，可以很容易地推导出其他两个值，即V IN2和V IN3。

接下来是V IN1，当V 2和V 3接地时，它们对应的电阻不能被忽略，因为它们形成了一个分压器网络。所以：

V IN1 = V 1 [(R 2 || R 3 ) / (R 1 + (R 2 || R 3 ))]?

同样，可以计算其他两个值V IN2和V IN3为：

V IN2 = V 2 [(R 1 || R 3 ) / (R 2 + (R 1 || R 3 ))]?

V IN3 = V 3 [(R 1 || R 2 ) / (R 3 + (R 1 || R 2 ))]?

所以有：

V IN = V IN1 + V IN2 + V IN3?

V IN = V 1 [(R 2 || R 3 ) / (R 1 + (R 2 || R 3 ))] + V 2 [(R 1 || R 3 ) / (R 2 + (R 1 | | R 3 ))] + V 3 (R 1 || R 2 ) / (R 3 + (R 1 || R 2 ))]?

最后，可以计算输出电压V OUT为：

V OUT = V IN (1 + (R f / R i ))?

V OUT = (1 + (R f / R i )) {V 1 [(R 2 || R 3 ) / (R 1 + (R 2 || R 3 ))] + V 2 [(R 1 || R 3 ) / (R 2 + (R 1 || R 3 ))] + V 3 [(R 1 || R 2 ) / (R 3 + (R 1 || R 2 ))]}?

如果考虑所有电阻具有相同值的特殊等权条件，则输出电压为：

V OUT = (1 + (R f / R i )) ( (V 1 + V 2 + V 3 ) / 3)?

需要注意的是，同相加法电路的设计方法是首先设计同相放大器以获得所需的电压增益，然后选择尽可能大的输入电阻以适应所用运算放大器的类型。

加法放大器应用

加法放大器是一种多功能设备，用于组合信号。这些放大器直接添加信号或缩放它们以适应某些预先安排的组合规则，其应用主要包括：

用于音频混音器，以添加具有相同增益的不同信号。

在加法放大器的输入端使用各种电阻器来给出加权和，这可用于将二进制数更改为交流电中的电压（数模转换器）。

用于通过交流信号电压施加直流偏移电压，这个过程可以在LED调制电路中完成，以将LED保持在其线性工作范围内。

应用一、基于加法放大器的音频混合器

当需要添加或组合两个或多个信号时，求和放大器是一种有用的电路，例如在音频混合应用中。来自不同乐器的声音可以使用换能器转换为特定的电压电平，并作为输入连接到求和放大器。

这些不同的信号源将由加法放大器组合在一起，并将组合后的信号发送到音频放大器，下图显示了作为音频混合器的求和放大器的示例电路图。

?于加法放大器的音频混合器

求和放大器可以用作多个音频通道的多通道音频混合器。不会发生干扰（从一个通道反馈到另一个通道的输入），因为每个信号都通过一个电阻器施加，其另一端连接到接地端子。

应用二、基于加法放大器的DAC

DAC将应用于其输入的二进制数据转换为模拟电压值，数模转换主要用于微机等实时工业控制应用。微型计算机的o/p是数字数据，需要将其转换为模拟电压以驱动继电器、执行器、电机等。最简单的DAC电路包括一个求和放大器以及一个加权电阻器n/w。使用求和放大器的4位数模电路的电路图如下所示。

?基于加法放大器的DAC

上述加法放大器的输入是二进制数据 Q A、Q B、Q C和Q D，通常5 V表示逻辑1，0 V表示逻辑0。

如果选择每个分支中的输入电阻器，使得每个输入电阻器的值是前一个输入分支中电阻器值的两倍，则输入端的数字逻辑电压将产生一个输出，该输出是输入的加权和施加的电压。

这种数模转换器电路的精度受到所用电阻值的精度和表示逻辑电平的变化的限制。

应用三、基于加法放大电平转换器

加法放大器的另一个重要应用是电平转换器，2输入加法放大器可以用作电平转换器，其中一个输入是交流信号，第二个输入是直流信号。

交流信号将被输入直流信号抵消，这种电平转换器的主要应用之一是用于直流偏移控制的信号发生器。