Operationsverstärker-Design, das Vout=−2∗V1+3∗V2−3V3Vout=−2∗V1+3∗V2−3V3V_{out} = -2 *V_{1} + 3*V_{2} - 3 V_{ ergibt 3}

Trotz Daves Warnung, dass es nicht trivial sein wird, die Widerstandswerte für eine einzelne Opamp-Implementierung herauszufinden, werden wir es versuchen. Der Trick besteht darin, die Schaltung in kleinen Schritten weiterzuentwickeln, sodass jeder Schritt ziemlich einfach ist. Beginnen Sie mit dem grundlegenden invertierenden Verstärker mit einem einzelnen Operationsverstärker:

Dies ist wirklich einfach, wobei die Verstärkung -R1 / R2 beträgt. Wenn Sie sich nicht sicher sind, woher das kommt, schlagen Sie nach "invertierender Verstärker", und ich bin sicher, dass darüber viel geschrieben werden wird. Aufgrund der Rückkopplung um den Verstärker hält die Schaltung Pin 2 auf der Spannung von Pin 3, die in diesem Fall 0 ist. Unter der Annahme eines idealen Operationsverstärkers hat der Knoten an Pin 2 eine 0-Impedanz zu 0 Volt. Der Strom, der durch R2 auf diesen Knoten fließt, ist proportional zur Spannung an IN. Derselbe Strom muss auch durch R1 fließen (idealer Operationsverstärker, unendliche Eingangsimpedanz), aber er fließt durch R1 von links nach rechts, sodass das rechte Ende niedriger ist. Der Nettoeffekt ist Inversion.

Nur um etwas auszuwählen, sagen wir, R1 ist 100 kΩ. Wenn R2 ebenfalls 100 kΩ beträgt, beträgt die Verstärkung -1, wenn es 50 kΩ beträgt, beträgt die Verstärkung -2 (derselbe Strom erzeugt die doppelte Spannung über R1 wie über R2).

Denken Sie nicht daran, dass Strom von verschiedenen Stellen unabhängig voneinander auf den Pin-2-Knoten geleitet werden kann, da dieser Knoten immer auf 0 V liegt. Jeder dieser Punkte wird über R1 angezeigt, wobei sich die Gesamtspannung von R1 aus der Summe dieser Ströme ergibt. Sie könnten zum Beispiel eine zweite Eingabe machen, die eine andere negative Verstärkung hatte:

Da R1 2x größer als R2 ist, wird die Spannung an V1 um 2x verstärkt (und invertiert). Da R3 3x R1 ist, wird die Spannung an V2 in ähnlicher Weise um 3x verstärkt. Bisher haben wir

  Vaus = -2*V1 - 3*V2

Denken Sie nun an den üblichen nicht invertierenden Operationsverstärker:

Hier ist der Gewinn etwas anders. R1 und R2 bilden einen Spannungsteiler für das Rückkopplungssignal, und die Verstärkung ist am Ende der Dämpfungsfaktor des Teilers. Der Gewinn beträgt in diesem Fall:

  G = (R1 + R2) / R2

Gehen Sie jetzt zurück zu dem invertierenden Verstärker mit 2 Eingängen oben und sehen Sie, dass wir tatsächlich eine solche Anordnung aus der Sicht des positiven Eingangs haben. V1 und V2 sind Spannungsquellen und haben daher 0 Impedanz. R2 und R3 liegen impedanzmäßig parallel und bilden den untersten Widerstand des Spannungsteilers für die Rückkopplung. Mit anderen Worten, wir haben bereits einen nicht invertierenden Verstärker, nur dass wir bisher seinen Eingang geerdet haben. R2 in der positiven Verstärkungsgleichung ist eigentlich die parallele Kombination von R2 und R3 des invertierenden Verstärkers mit 2 Eingängen. 33,3 kΩ // 50 kΩ = 20 kΩ. Wenn wir das in die obige positive Verstärkungsgleichung einsetzen, erhalten wir eine Verstärkung von 6 von Pin 3 zu Vout.

Das Problem besagt jedoch, dass Sie eine Verstärkung von 3 und nicht von 6 wünschen. Kein Problem, dämpfen Sie sie einfach um 2, bevor Sie sie dem Operationsverstärker präsentieren, der sie mit 6 multipliziert. Insgesamt erhalten Sie 3, genau wie Sie möchten. Eine letzte Schaltung, um alle drei Gewinne zu realisieren, ist:

R4 und R5 dämpfen V3 um 2, dann multipliziert die Schaltung das mit 6, sodass die Verstärkung von V3 zu Vout insgesamt 3 beträgt.

Da alle diese Effekte linear sind, können wir jeden einzeln betrachten, da wir wissen, dass sie sich alle summieren werden. Anders ausgedrückt: Analysieren Sie, was passiert, also das Signal von jedem Eingang, während Sie die anderen Eingänge auf 0 halten.

Ich habe gerade festgestellt, dass ich V2 und V3 von Ihrer Frage umgedreht habe, aber was ich oben geschrieben habe, ist in sich konsistent und sollte Ihre Frage gut genug beantworten.

Schließen Sie das Signal, dessen Verstärkung invertiert werden muss, an den invertierenden Eingang eines linearen Operationsverstärkers an:

Eine ausführliche Anleitung finden Sie unter diesem Link .

Dies ist zwar mit einem einzigen Operationsverstärker möglich, die Berechnung der erforderlichen Widerstandswerte ist jedoch keine triviale Aufgabe. Ein besserer Ansatz besteht darin, einen separaten invertierenden Puffer zu verwenden.